22.(10分)T℃时,有甲、乙两个密闭容器,甲容器的体积为1
L,乙容器的体积为2
L,分别向甲、乙两容器中加入6 mol A和3 mol B,发生反应如下:3A(g)+bB(g)
3C(g)+2D(g) ΔH<0; 4 min时甲容器内的反应恰好达到平衡,A的浓度为2.4
mol/L,B的浓度为1.8 mol/L; t min时乙容器内的反应达平衡,B的浓度为0.8 mol/L.根据题给信息回答下列问题:
(1)甲容器中反应的平均速率v(B)=________,化学方程式中计量数b=________.
(2)乙容器中反应达到平衡时所需时间t________4 min(填“大于”、“小于”或“等于”),原因是______________________________.
(3)T℃时,在另一个体积与乙相同的丙容器中,为了达到平衡时B的浓度仍然为0.8 mol/L,起始时,向丙容器中加入C、D的物质的量分别为3
mol、2 mol,则还需加入A、B的物质的量分别是________、________.
(4)若要使甲、乙容器中B的平衡浓度相等,可以采取的措施是________.
A.保持温度不变,增大甲容器的体积至2
L
B.保持容器体积不变,使甲容器升高温度
C.保持容器压强和温度都不变,向甲中加入一定量的A气体
D.保持容器压强和温度都不变,向甲中加入一定量的B气体
(5)写出平衡常数表达式K=________,并计算在T℃时的化学平衡常数K=________.
解析: 3A(g)+bB(g)
3C(g)+2D(g) ΔH<0
起始浓度(mol/L) 6 3 0 0
转化浓度(mol/L) 3.6 1.2 3.6 2.4
平衡浓度(mol/L) 2.4 1.8 3.6 2.4
(1)甲容器中反应的平均速率v(B)=Δc/t=0.3
mol/(L·min),化学反应中各物质的物质的量之比等于化学方程式计量数之比,所以3∶b=3.6∶1.2,所以b=1.
(2)甲、乙容器中投入的A、B物质的量相等,但乙的体积是甲的2倍,所以乙中反应物的浓度小,反应速率小;并且达到平衡时,乙容器中B的剩余物质的量少,即乙容器中反应程度大,所以乙容器达到平衡所需时间大于甲容器,即大于4
min.
(3)本题属于等效平衡问题,在恒温、恒容条件下,要使乙容器达到平衡后,B的浓度仍然为0.8
mol/L,则丙和乙是等效平衡.处理的方法是:如果根据化学方程式中计量数之比换算到同一边时,反应物(或生成物)中同一组分的物质的量完全相同,则互为等效平衡.将3
mol C、2
mol D,按化学方程式计量数折算到左边,则A为3
mol,B为1
mol,要和乙容器中的6
mol A和3
mol B相同,还需要加入3
mol A和2
mol B.
(4)通过分析甲、乙容器中B的物质的量浓度,可知B中反应程度大,要使甲、乙容器中B的平衡浓度相等,需使甲的平衡向右移动;根据化学反应的特点,可以采取减压、降温,或则增加反应物A,所以A、C项符合要求.
(5)根据(1)中求出的b=1,可知化学反应方程式为:3A(g)+B(g)3C(g)+2D(g),平衡常数的表达式为:K=,将各物质的平衡浓度代入上式可得:
K==10.8
mol/L.
答案:(1)0.3
mol/(L·min) 1
(2)大于 乙容器的体积大于甲容器的体积,浓度减小 ,反应速率减慢,达平衡所需时间长
(3)3 mol 2 mol (4)AC
(5) 10.8 mol/L