Question

19．（1）把3molA和2.5molB混合，充入2L密闭容器中，发生下列反应：3A（g）+B（g）═xC（g）+2D（g）经5秒钟反应达到平衡，生成1molD，并测得C的平均反应速率为0.1mol•L^-1•s^-1，则此反应中B的转化率为20%，C的化学计量数x为2，A的平衡浓度为0.75mol/L．
（2）在一定条件下，将N₂、H₂混合气体100mL通人密闭容器内，达到平衡时，容器内的压强比反应前减小1/5，有测得此时混合气体的平均相对分子质量为9．试求：原混合气中N₂为20mL，H₂为80mL．改变条件，获得以下图象
a．下列时刻所改变的外界条件是：t₁升温；t₃使用正催化剂；t₄减压；
b．产物NH₃的体积分数最大的时间段是t₀～t₁；
c．上述图象中NH₃的体积分数相等的时间段是t₂～t₃，t₃～t₄；
d．反应速率最大的时间段是t₃～t₄．

Answer 1

分析 （1）根据三段式解题法，求出混合气体各组分物质的量的变化量、平衡时各组分的物质的量．
平衡时，生成的C的物质的量为 0.1mol/（L﹒s）×5s×2L=1mol，
             3A（气）+B（气）?XC（气）+2D（气），
开始（mol）：3      2.5       0         0   
变化（mol）：1.5   0.5    0.5X        1
平衡（mol）：1.5      2      1          1
X=2，
根据相关计算公式计算相关物理量；
转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；依据上述计算得到x的值；平衡时A的物质的量为1.5mol，根据c=$\frac{n}{v}$计算浓度；
（2）设出氢气、氮气的体积及转化的氮气体积，然后根据题中数据列式计算出a，然后根据容器内的压强比反应前减少1/5，利用化学平衡的三段式列式计算出
原混合气体中N₂和H₂的体积；
a．根据温度、催化剂以及压强对反应速率的影响分析，注意各时间段正逆反应速率的变化；
b．t₁～t₂，t₄～t₅，反应向逆反应方向移动，随着反应的进行，生成的氨气逐渐减小，氨气的体积分数逐渐减小；
c．根据b的分析，t₂～t₃，t₃～t₄，平衡不移动，氨气的体积分数相等；
d．根据改变的条件分析．

解答 解：（1）根据三段式解题法，求出混合气体各组分物质的量的变化量、平衡时各组分的物质的量．
平衡时，生成的C的物质的量为 0.1mol/（L﹒s）×5s×2L=1mol，
            3A（气）+B（气）?XC（气）+2D（气），
开始（mol）：3     2.5      0         0
变化（mol）：1.5   0.5     0.5X        1
平衡（mol）：1.5   2        1          1      解得：X=2，达到平衡状态时B的转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.5}{2.5}$×100%=20%，A的平衡浓度为c=$\frac{n}{v}$=$\frac{1.5mol}{2L}$=0.75mol/L，
故答案为：20%；2；0.75mol/L；
（2）设原混合气体中N₂的体积为x，H₂的体积为y，反应中转化的N₂的体积为a，则x+y=100mL ①，
N₂+3H₂ ?2NH₃ △V
1  3     2   2
a   3a      2a
反应后气体的体积减小了2a，根据容器内的压强比反应前减少1/5，则达到平衡状态时气体的物质的量比反应前减少了$\frac{1}{5}$，$\frac{2a}{x+y}$=$\frac{1}{5}$②，将①带人②解得，a=10mL，
根据三段式：N₂ +3H₂?2NH₃
反应前：x y 0
体积变化 10mL 30mL 20mL
平衡：x-10 y-30mL 20mL
相同条件下，气体摩尔体积相同，设为V_m，根据质量守恒定律及反应后气体的体积可得，混合气体的平均分子量为：$\frac{28×\frac{x}{{V}_{m}}+2×\frac{y}{{V}_{m}}}{\frac{x+y-20}{{V}_{m}}}$=9 ③，
由③化简有19x-7y+180=0 ④
由①④联立，解得x=20mL，y=80mL，
答：原混和气体中有N₂20mL，H₂80mL；
a．t₁时，正逆反应速率都增大，且逆反应速率大于正反应速率，反应向逆反应方向移动，则应为升高温度的变化，
t₃时，正逆反应速率都增大，正逆反应速率相等，平衡不移动，应为加入催化剂的变化，
t₄时，正逆反应速率都减小，且逆反应速率大于正反应速率，平衡向逆反应方向移动，由方程式计量数关系可知，应为减小压强的变化，
故答案为：升温；使用正催化剂；减压；
b．t₁～t₂，t₄～t₅，反应向逆反应方向移动，随着反应的进行，生成的氨气逐渐减小，氨气的体积分数逐渐减小，故氨气体积分数最高的时间段是t₀～t₁，
故答案为：t₀～t₁；
c．根据b的分析，t₂～t₃，t₃～t₄，平衡不移动，氨气的体积分数相等，
故答案为：t₂～t₃，t₃～t₄；
d．根据改变的条件，t₁时升高温度反应速率增大，t₃时加入催化剂反应速率增大，t₄时减小压强反应速率减小，所以反应速率最大的时间段是t₃～t₄；
故答案为：t₃～t₄．

点评 本题考查了化学平衡的计算、化学反应速率的变化曲线，题目难度中等，注意平均相对分子质量的计算与差量法的利用，能够利用化学平衡的三段式进行计算，注意化学方程式的特点，判断温度、压强对反应平衡移动的影响，结合外界条件对反应速率的影响分析，试题提高了学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力．