Question

8．化合物AX₃和单质X₂在一定条件下反应可生成化合物AX₅，该反应不能彻底．回答下列问题：
（1）已知AX₃的熔点和沸点分别为-93.6℃和76℃，AX₅的熔点为167℃．室温时AX₃与气体X₂反应生成lmol AX₅时，放出热量123.8kJ．该反应的热化学方程式为AX₃（l）+X₂（g）=AX₅（s）△H=-123.8kJ•mol^-1．
（2）一定条件下，反应AX₃（g）+X₂（g）?AX₅（g）在容积为10L的密闭容器中进行．起始时AX₃和X₂均为0.2mol．反应在不同条件下进行a、b、c三组实验，反应体系总压强随时间的变化如图所示．
①用P₀表示开始时总压强，P表示平衡时总压强，用α表示AX₃的平衡转化率，则α的表达式为α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）．由此计算实验c中 AX₃的平衡转化率：α_c为40%．若在实验a中再加入0.1mol AX₅，再次达平衡后AX₃的平衡转化率将增大．（填“增大、减小或不变”）
②下列不能说明反应达到平衡状态的是B．
A．混合气体的平均相对分子质量保持不变  
B．混合气体密度保持不变
C．体系中X₂的体积分数保持不变         
D．每消耗1mol AX₃的同时消耗1mol AX₅
③计算实验a从反应开始至到达平衡v（AX₅）化学反应速率为0.00017mol/（L•min）．（保留2位有效数字）
④图中3组实验从反应开始至到达平衡时的化学反应速率v（AX₅）由大到小的次序为b＞c＞a（填实验序号）；与实验a相比，其他两组改变的实验条件是：b加入催化剂、c升高温度．该反应在实验a和实验c中的化学平衡常数的大小关系是K_a＞K_c（填“＞、＜或=”），其中K_c=55.6L/mol（保留小数点后1位）．

Answer 1

分析 （1）根据熔沸点判断出常温下各物质聚集状态，注明聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（2）①用α表示AX₃的平衡转化率，则参加反应AX₃为0.2α mol，则：
           AX₃（g）+X₂（g）?AX₅（g）
起始（mol）：0.2    0.2      0
转化（mol）：0.2α   0.2α    0.2α
平衡（mol）：0.2（1-α） 0.2（1-α） 0.2α
相同温度体积下，压强之比等于其物质的量之比，据此列方程计算α的表达式；
由图可知，实验c中$\frac{p}{{p}_{0}}$=$\frac{140}{175}$，代入α的表达式计算；
若在实验a中再加入0.1mol AX₅，等效为增大压强，等效后平衡向正反应方向移动，再次达平衡后AX₃的平衡转化率将增大；
②可逆反应到达平衡时，正逆反应速率相等，各组分的含量、浓度保持不变，由此衍生其它一些物理量不变，注意选择判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，当该物理量由变化到不变化，说明到达平衡；
③由图可知，实验a在60min时到达平衡，平衡时AX₃的α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）=2×（1-$\frac{120}{160}$）=50%，则参加反应AX₃的物质的量为0.2mol×50%=0.1mol，根据方程式可知生成AX₅的物质的量，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（AX₅；
④由于恒温恒容下，压强之比等于气体物质的量之比，故相同时间内压强变化量越大，反应速率越快；
实验a、b相比，起始压强相等，平衡时压强不变，改变条件不影响平衡移动，但b到达平衡的时间较短，反应速率较快，由于反应前后气体的体积减小，b应是使用催化剂；
a、c相比c组的反应速率加快，平衡时c的压强变化相对较小，说明与a相比，平衡逆向移动，说明是温度升高；
正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，而c组的温度高于a组；
c组平衡时，AX₃的平衡转化率α_c为40%，平衡常数K=$\frac{c（A{X}_{5}）}{c（A{X}_{3}）×c（{X}_{2}）}$=$\frac{n（A{X}_{5}）}{n（A{X}_{3}）×n（{X}_{2}）}$×V=（$\frac{0.2α}{0.2（1-α）×0.2（1-α）}$×10）L/mol，代入数据计算．

解答 解：（1）因为AX₃的熔点和沸点分别为-93.6℃和76℃，AX₅的熔点为167℃，则室温时，AX₃为液态，AX₅为固态，生成1mol AX₅，放出热量123.8kJ，该反应的热化学方程为：AX₃（l）+X₂（g）=AX₅（s）△H=-123.8kJ•mol^-1，
故答案为：AX₃（l）+X₂（g）=AX₅（s）△H=-123.8kJ•mol^-1；
（2）用α表示AX₃的平衡转化率，则参加反应AX₃为0.2α mol，则：
           AX₃（g）+X₂（g）?AX₅（g）
起始（mol）：0.2     0.2     0
转化（mol）：0.2α    0.2α    0.2α
平衡（mol）：0.2（1-α） 0.2（1-α） 0.2α
相同温度体积下，压强之比等于其物质的量之比，故0.4：[0.2（1-α）+0.2（1-α）+0.2α]=P₀：P，整理得：α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$），
由图可知，实验c中$\frac{p}{{p}_{0}}$=$\frac{140}{175}$，则 AX₃的平衡转化率α_c为2×（1-$\frac{140}{175}$）=40%，
若在实验a中再加入0.1mol AX₅，等效为增大压强，等效后平衡向正反应方向移动，再次达平衡后AX₃的平衡转化率将增大，
故答案为：α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）；40%；增大；
②A．混合气体总质量不变，随反应进行总物质的量增大，平均相对分子质量减小，混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应到达平衡，故A正确；
B．混合气体总质量不变，容器体积不变，混合气体密度始终保持不变，不能说明到达平衡，故B错误；
C．X₂的体积分数保持不变，说明到达平衡，故C正确；
D．每消耗1mol AX₃的同时消耗1mol AX₅，则消耗1mol AX₅的同时生成1molAX₃，AX₃的生成速率与消耗速率相等，反应到达平衡，故D正确，
故选：B；
③由图可知，实验a在60min时到达平衡，平衡时AX₃的α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）=2×（1-$\frac{120}{160}$）=50%，则参加反应AX₃的物质的量为0.2mol×50%=0.1mol，由方程式可知生成AX₅的物质的量为0.1mol，故v（AX₅）=$\frac{\frac{0.1mol}{10L}}{60min}$=0.00017mol/（L•min ），
故答案为：0.00017；
④由于恒温恒容下，压强之比等于气体物质的量之比，故相同时间内压强变化量越大，反应速率越快，由图可知，从开始到平衡时a、b、c压强分别为40kPa、40kPa、35kPa，所用时间分别为60min、40min、45min，每分钟内压强平均变化分别为$\frac{40}{60}$Pa、$\frac{40}{40}$Pa、$\frac{35}{45}$Pa，故反应速率b＞c＞a；
实验a、b相比，起始压强相等，平衡时压强不变，改变条件不影响平衡移动，但b到达平衡的时间较短，反应速率较快，由于反应气体气体的体积减小，b应是使用催化剂；
a、c相比c组的反应速率加快，平衡时c的压强变化相对较小，说明与a相比，平衡逆向移动，说明是温度升高；
正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，而c组的温度高于a组，故平衡常数K_a＞K_c；
c组平衡时，AX₃的平衡转化率α_c为40%，平衡常数K=$\frac{c（A{X}_{5}）}{c（A{X}_{3}）×c（{X}_{2}）}$=$\frac{n（A{X}_{5}）}{n（A{X}_{3}）×n（{X}_{2}）}$×V=（$\frac{0.2α}{0.2（1-α）×0.2（1-α）}$×10）L/mol=（$\frac{0.2×0.4}{0.2（1-0.4）×0.2×（1-0.4）}$×10）L/mol=55.6L/mol，
故答案为：b＞c＞a；加入催化剂；升高温度；＞；55.6L/mol．

点评 本题考查化学平衡计算，过程复杂且为字母型计算，属于易错题目，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，题目难度较大．