Question

1．温度为T时，在4.0L恒容密闭容器中充入2.0mol PCl₅，发生反应：PCl₅（g）?PCl₃（g）+Cl₂（g），反应时间（t）与容器内气体总压强（p）的数据见表：

t/s	0	50	150	250	350
总压强p/100kPa	100	116	119	120	120

（1）由总压强p和起始压强p₀计算反应物PCl₅的转化率α（PCl₅）的表达式为？平衡时PCl₅的转化率为多少？
（2）反应在前50s的平均速率v（PCl₃）为多少？
（3）该温度下的平衡常数为多少？

Answer 1

分析 （1）恒温恒容条件下，反应前后气体压强之比等于其物质的量之比，根据表中数据知，反应到250s时达到平衡状态，根据方程式知，反应前后增大的物质的量相当于参加反应PCl₅的物质的量，所以反应前后增大的压强相当于参加反应的PCl₅的压强，据此确定PCl₅的转化率α（PCl₅）的表达式及计算PCl₅的转化率；
（2）前50sPCl₅的转化率=$\frac{（116-100）×100kPa}{100×100kPa}$×100%=16%，则参加反应的n（PCl₅）=2.0mol×16%=0.32mol，根据方程式知，参加反应的n（PCl₅）等于生成的n（PCl₃）=0.32mol，反应在前50s的平均速率v（PCl₃）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
（3）达到平衡状态时，五氯化磷的转化率=$\frac{（120-100）×100kPa}{100×100kPa}$×100%=20%，则参加反应的n（PCl₅）=2.0mol×20%=0.4mol，生成的n（PCl₃）=n（Cl₂）=0.4mol，剩余的n（PCl₅）=2.0mol-0.4mol=1.6mol，
则平衡时c（PCl₃）=c（Cl₂）=$\frac{0.4mol}{4.0L}$=0.1mol/L、c（PCl₅）=$\frac{1.6mol}{4.0L}$=0.4mol/L，
化学平衡常数K=$\frac{c（PC{l}_{3}）．c（C{l}_{2}）}{c（PC{l}_{5}）}$．

解答 解：（1）恒温恒容条件下，反应前后气体压强之比等于其物质的量之比，根据表中数据知，反应到250s时达到平衡状态，根据方程式知，反应前后增大的物质的量相当于参加反应PCl₅的物质的量，所以反应前后增大的压强相当于参加反应的PCl₅的压强，PCl₅的转化率α（PCl₅）=$\frac{P-{P}_{0}}{{P}_{0}}$×100%，PCl₅的转化率=$\frac{（120-100）×100kPa}{100×100kPa}$×100%=20%，
答：由总压强p和起始压强p₀计算反应物PCl₅的转化率α（PCl₅）的表达式为$\frac{P-{P}_{0}}{{P}_{0}}$×100%，平衡时PCl₅的转化率为20%；
（2）前50sPCl₅的转化率=$\frac{（116-100）×100kPa}{100×100kPa}$×100%=16%，则参加反应的n（PCl₅）=2.0mol×16%=0.32mol，根据方程式知，参加反应的n（PCl₅）等于生成的n（PCl₃）=0.32mol，反应在前50s的平均速率v（PCl₃）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.32mol}{4.0L}}{50s}$=0.0016mol/（L•s），
答：反应在前50s的平均速率v（PCl₃）为0.0016mol/（L•s）；
（3）达到平衡状态时，五氯化磷的转化率=$\frac{（120-100）×100kPa}{100×100kPa}$×100%=20%，则参加反应的n（PCl₅）=2.0mol×20%=0.4mol，生成的n（PCl₃）=n（Cl₂）=0.4mol，剩余的n（PCl₅）=2.0mol-0.4mol=1.6mol，
则平衡时c（PCl₃）=c（Cl₂）=$\frac{0.4mol}{4.0L}$=0.1mol/L、c（PCl₅）=$\frac{1.6mol}{4.0L}$=0.4mol/L，
化学平衡常数K=$\frac{c（PC{l}_{3}）．c（C{l}_{2}）}{c（PC{l}_{5}）}$=$\frac{0.1×0.1}{0.4}$mol/L=0.025mol/L，
答：该反应化学平衡常数K为0.025mol/L．

点评 本题考查化学平衡计算，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，正确书写PCl₅的转化率α（PCl₅）的表达式是解本题关键，知道该题中压强与物质的量的关系，题目难度不大．