Question

4．可逆反应2A（g）+B（g）?xC（g）+D（s），△H=-QKJ/mol（Q＞0）
（1）若甲、乙是体积均为1L的恒容密闭容器，一定温度下，甲中充入4mol A，2mol B，乙中充入1mol A，0.5mol B，3mol C和1.5mol D，达到平衡时甲、乙两容器中C的体积分数均为0.4．
回答下列问题：
①若甲、乙两容器中A的物质的量浓度相等，则x=2．平衡时B的体积分数为0.2，乙中反应开始时向逆向进行（填“正向”、“逆向”或“不移动”）．
②若x值与①中相同，只改变乙中充入D的量，欲使反应维持向①中方向进行且平衡时C的体积分数仍为0.4，则D的起始物质的量应满足的条件是n（D）≥2mol．
（2）若x=3，一定温度下，将2mol A，1mol B充入体积为V的恒容容器中，将6mol C，2mol D充入体积为2V的恒压容器乙，一段时间后两容器均达平衡状态，回答下列问题：
①达平衡时，甲中压强=乙中压强（填“＞”、“=”或“＜”），从乙中移走3molC，再次平衡后，甲中C的浓度＞乙中C的浓度．（填“＞”、“=”或“＜”）
②达平衡时，甲容器放出的热量为Q₁，乙容器中吸收热量为Q₂，已知Q₁=4Q₂，则甲、乙两容器中反应物的转化率W_甲：W_乙=8：1．

Answer 1

分析 （1）①平衡时甲、乙两容器中C的体积分数，且甲、乙两容器中A的物质的量浓度相等，则甲、乙为完全等效平衡，完全转化到右边满足C的物质的量相等，据此计算x的值；
设甲中参加反应B的物质的量为ymol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，再根据C的体积分数列方程计算解答；
甲、乙平衡时对应各组分的物质的量相等，结合乙中A或B或C的物质的量与平衡时物质的量相对大小判断反应进行方向；
②若x值与①中相同，只改变乙中充入D的量，欲使反应维持向①中方向进行且平衡时C的体积分数仍为0.4，与乙为等效平衡，由于D为固体，D的物质的量增大不影响平衡移动，D的起始物质的量应为甲完整转化到右边生成的D的物质的量；
（2）若x=3，一定温度下，将2mol A，1mol B充入体积为V的恒容容器中，将6mol C，2mol D充入体积为2V的恒压容器乙，一段时间后两容器均达平衡状态，
①开始时，两容器内气体的总浓度相等，温度相等，则起始压强相等，若x=3，平衡前后气体总物质的量不变，反应中保持压强不变，将乙转化到左边得到4mol A，2mol B，与甲中对应组分的浓度相等，则为等效平衡，平衡时对应组成的浓度相等，从乙中移走3molC，等效为在甲中平衡的基础上移走3molC，则平衡时乙中C的浓度减小；
②根据反应热计算甲中B、乙中C参加反应的物质的量，再表示出转化率，可以计算转化率之比．

解答 解：（1）①平衡时甲、乙两容器中C的体积分数，且甲、乙两容器中A的物质的量浓度相等，则甲、乙为完全等效平衡，完全转化到右边满足C的物质的量相等，则：4×$\frac{x}{2}$=1×$\frac{x}{2}$+3，解得x=2；
设甲中参加反应B的物质的量为ymol，则：
          2A（g）+B（g）?2C（g）+D（s）
开始（mol）：4      2       0
转化（mol）：2y     y       2y
平衡（mol）：4-2y   2-y     2y
则$\frac{2y}{4-2y+2-y+2y}$=0.4，解得y=1，平衡时B的体积分数为$\frac{（2-y）mol}{（6-y）mol}$×100%=$\frac{2-1}{6-1}$=0.2；
甲、乙平衡时对应各组分的物质的量相等，甲平衡时A为（4-2y）mol=（4-2）mol=2mol，乙中充入1mol A，小于平衡时2mol，故反应逆向进行，
故答案为：2；0.2；逆向；
②若x值与①中相同，只改变乙中充入D的量，欲使反应维持向①中方向进行且平衡时C的体积分数仍为0.4，与乙为等效平衡，由于D为固体，D的物质的量增大不影响平衡移动，D的起始物质的量应为甲完整转化到右边生成的D的物质的量，而甲完全转化可以得到D为4mol×$\frac{1}{2}$=2mol，故乙中D的起始物质的量n（D）≥2mol，
故答案为：n（D）≥2mol；
（2）①开始时，两容器内气体的总浓度相等，温度相等，则起始压强相等，若x=3，平衡前后气体总物质的量不变，反应中保持压强不变，则达平衡时，甲中压强=乙中压强；
将乙转化到左边得到4mol A，2mol B，与甲中对应组分的浓度相等，容器内压强相等，则为等效平衡，平衡时对应组成的浓度相等，从乙中移走3molC，等效为在甲中平衡的基础上移走3molC，则平衡时乙中C的浓度减小，即再次平衡后，甲中C的浓度＞乙中C的浓度，
故答案为：=；＞；
②达平衡时，甲容器放出的热量为Q₁，乙容器中吸收热量为Q₂，已知Q₁=4Q₂，则甲中参加反应B为$\frac{4{Q}_{2}}{Q}$mol，甲中转化率W_甲=$\frac{\frac{4{Q}_{2}}{Q}mol}{1mol}$=$\frac{4{Q}_{2}}{Q}$，乙中参加反应C为3×$\frac{{Q}_{2}}{Q}$mol，乙中转化率W_乙=$\frac{\frac{3{Q}_{2}}{Q}mol}{6mol}$=$\frac{{Q}_{2}}{2Q}$，
甲、乙两容器中反应物的转化率W_甲：W_乙=$\frac{4{Q}_{2}}{Q}$：$\frac{{Q}_{2}}{2Q}$=8：1，
故答案为：8：1．

点评 本题考查化学平衡有关计算，涉及等效平衡问题，需要学生理解掌握等效平衡规律，难度较大．