题目内容
【题目】向一体积不变的密闭容器中加入2 mol A、0.6 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应2A(g) + B(g)3C(g),各物质浓度随时间变化如图1所示。图2为t2时刻后改变反应条件,平衡体系中反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件。已知t3~t4阶段为使用催化剂;图1中t0~t1阶段c(B)未画出。
图1 图2
(1)若t1=15 min,则t0~t1阶段以C浓度变化表示的反应速率为v(C)=________。
(2)t4~t5阶段改变的条件为________,B的起始物质的量为________。各阶段平衡时对应的平衡常数如下表所示:
t1~t2 | t2~t3 | t3~t4 | t4~t5 | t5~t6 |
K1 | K2 | K3 | K4 | K5 |
则K1=____________(计算式),K1、K2、K3、K4、K5之间的关系为____________(用“>”“<”或“=”连接)。
(3)t5~t6阶段保持容器内温度不变,若A的物质的量共变化了0.01 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式:2A(g) + B(g) 3C(g) ΔH,用含有a的代数式表达 ΔH = _________。
(4)在相同条件下,若起始时容器中加入4mol A、2 mol B和1.2 mol C,达到平衡时,体系中 C的百分含量比t1时刻C的百分含量________(填“大于”“小于”“等于”)。
【答案】0.02 molL1min1 减小压强 1mol 0.84 K1 = K2 = K3 = K4<K5 +200a kJmol-1 等于
【解析】
(1)15min内,以C浓度变化表示的反应速率为v(C)==0.02 mol/(Lmin);
(2)t3~t4和t4~t5这两段平衡是不移动的,则只能是压强和催化剂影响的,因此应该推断该反应为等体积变化的反应,t3~t4的平衡比原平衡的速率要快,而t4~t5的速率又变慢,则前者应是加催化剂,因为条件只能用一次,t4~t5段为减小压强;
反应物的浓度降低,生成物的浓度增大,结合图一可知,A为反应物,C为生成物,A的变化为0.2mol/L,C的变化量为0.3mol/L.又由于该反应为等体积变化的反应,所以B为反应物,根据化学反应的速率之比等于化学方程式的计量系数比,该反应的方程式为2A(g)+B(g)3C(g),所以,△c(B)=△n(A)=×0.2mol/L=0.1mol/L,起始2molA所对应的浓度为1mol/L,则体积应是=2L,故B的起始物质的量为n(B)=(0.1mol/L+0.4mol/L)×2L=1.0mol;
t1-t2段,处于平衡状态,c(A)平衡=0.8mol/L,c(B)平衡=0.4mol/L,c(C)平衡=0.6mol/L,
K1===0.84,
t2-t3段,为改变浓度,平衡移动,平衡常数不变,K2=0.84,
t3-t4段,使用催化剂,加快反应,平衡常数不变,K3=0.84,
t4-t5段,为降低压强,反应速率降低,平衡不移动,平衡常数不变,K4=0.84,
t5-t6段,为升高温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大,
故 K1=K2=K3=K4<K5;
(3)根据方程式计算,若A的物质的量共变化了0.01mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,则反应2molA时,交换热量200akJ,而由图象可知,t5~t6阶段应为升高温度,正反应速率大于逆反应速率,平衡向正反应方向移动,则正反应为吸热反应,所以热化学方程式为2A(g)+B(g)3C(g)△H=+200a kJ/mol;
(4)在相同条件下,若起始时容器中加入4mol A、2 mol B和1.2 mol C,各物质的量为原来的二倍,为等效平衡,达到平衡时,体系中 C的百分含量比t1时刻C的百分含量相等。