Question

10．在容积为10L的密闭容器中，进行如下反应：A（g）+2B（g）?C（g）+D（g），最初加入1.0molA和2.2molB，在不同温度下，D的物质的量n（D）和时间t的关系如图1．

试回答下列问题：
（1）800℃时，0-5min内，以B表示的平均反应速率为0.024mol/（L．min）．
（2）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是AC．
A．容器中压强不变        B．混合气体中c（A）不变
C．2v_正（B）=v_逆（D）    D．c（A）=c（C）
（3）若最初加入1.0molA和2.2molB，利用图中数据计算800℃时的平衡常数K=9，该反应为吸热反应（填吸热或放热）．
（4）700℃时，某时刻测得体系中各物质的量如下：n（A）=1.1mol，n（B）=2.6mol，n（C）=0.9mol，n（D）=0.9mol，则此时该反应向正反应方向进行（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“处于平衡状态”）．
（5）在催化剂作用下，CO可用于合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
若在恒温恒压的条件下，向密闭容器中充入4mol CO和8mol H₂，合成甲醇，平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图2所示：
①该反应的正反应属于放热反应（填“吸热”或“放热”）．
②在0.1MPa、100℃的条件下，该反应达到平衡时容器内气体的物质的量为8mol．
?若在恒温恒容的条件下，向上述平衡体系中充入4mol CO，8mol H₂，与原平衡状态相比，达到平衡时CO转化率增大（填“增大”，“不变”或“减小”），平衡常数K不变（填“增大”，“不变”或“减小”）．

Answer 1

分析 （1）800℃时0-5min内生成D为0.6mol，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（D），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（B）；
（2）．可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
（3）800℃平衡时生成D为0.6mol，则：
            A（g）+2B（g）?C（g）+D
起始量（mol）：1    2.2     0     0
转化量（mol）：0.6  1.2     0.6   0.6
平衡量（mol）：0.4   1      0.6   0.6
再根据K=$\frac{c（C）×c（D）}{c（A）×{c}^{2}（B）}$计算平衡常数；
由图可知，升高温度D的物质的量增大，说明升高温度平衡正向移动；
（4）700℃时，某时刻测得体系中各物质的量如下：n（A）=1.1mol，n（B）=2.6mol，n（C）=0.9mol，n（D）=0.9mol，等效为开始投入2molA、4.4molB到达的平衡，与原平衡时相比，压强增大，平衡正向移动，平衡时D的物质的量应大于原平衡的2倍；
（5）①由图可知，压强一定时，随温度升高CO的转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，而升高温度平衡向吸热反应方向移动；
②在0.1MPa、100℃的条件下，平衡时CO转化率为0.5，转化的CO为4mol×0.5=2mol，根据差量法计算气体物质的量减少量，进而计算平衡时混合气体物质的量；
若在恒温恒容的条件下，等效为在原平衡的基础上增大压强，平衡正向移动；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变．

解答 解：（1）800℃时0-5min内生成D为0.6mol，则v（D）=$\frac{\frac{0.6mol}{10L}}{5min}$=0.012mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，则v（B）=2v（D）=0.024mol/（L．min），
故答案为：0.024mol/（L．min）；
（2）A．该反应是一个反应前后气体体积减小的可逆反应，随反应进行，容器内压强减小，当反应到达平衡状态时，容器中压强不变，所以能作为判断化学平衡的依据，故A正确；
B．反应到达平衡状态时，混合气体中c（A）不变，说明到达平衡，故B正确；
C．应是v_正（B）=2v_正（D）时反应处于平衡状态，2v_正（B）=v_逆（D）时逆反应速率较快，平衡逆向进行，故C错误；
D．当c（A）=c（C）时，该反应不一定达到平衡状态，与反应物浓度及转化率有关，故D错误；
故选：AB；
（3）800℃平衡时生成D为0.6mol，则：
              A（g）+2B（g）?C（g）+D
起始量（mol）：1      2.2     0     0
转化量（mol）：0.6    1.2     0.6   0.6
平衡量（mol）：0.4     1      0.6    0.6
由于容器体积为10L，故平衡常数K=$\frac{c（C）×c（D）}{c（A）×{c}^{2}（B）}$=$\frac{0.06×0.06}{0.04×0．{1}^{2}}$=9，
由图可知，升高温度D的物质的量增大，说明升高温度平衡正向移动，故正反应为吸热反应，
故答案为：9；吸热；
（4）700℃时，某时刻测得体系中各物质的量如下：n（A）=1.1mol，n（B）=2.6mol，n（C）=0.9mol，n（D）=0.9mol，等效为开始投入2molA、4.4molB到达的平衡，与原平衡时相比，压强增大，平衡正向移动，平衡时D的物质的量应大于原平衡的2倍，即平衡时D应大于1.2mol，故反应向正反应进行，
故答案为：向正反应方向；
（5）①由图可知，压强一定时，随温度升高CO的转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，而升高温度平衡向吸热反应方向移动，故正反应为放热反应，
故答案为：放热；
②在0.1MPa、100℃的条件下，平衡时CO转化率为0.5，转化的CO为4mol×0.5=2mol，则：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 物质的量减小
1                              2
2mol                           4mol
故平衡时混合气体物质的量为4mol+8mol-4mol=8mol；
在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入4 molCO，8 mol H₂，等效为在原平衡的基础上增大一倍压强，平衡向正反应移动，CO的转化率增大；
化学平衡常数只受温度影响，与浓度无关，温度不变，平衡常数不变，
故答案为：8；增大；不变．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡图象、反应速率计算、平衡常数计算等，注意三段式解题法在化学平衡计算中应用，（4）中注意利用等效平衡进行分析解答，避免浓度商与平衡常数比较判断的繁琐．