Question

9．恒温时，将2molA和2molB气体投入固定容积为2L密闭容器中发生反应：2A（g）+B（g）?xC （g）+D（s）  500℃条件下，10s时，测得A的物质的量为1.7mol，C的反应速率为0.0225mol•L^-1•s^-1；40s时反应恰好处于平衡状态，此时B的转化率为20%．（要求解题过程）
（1）计算x的值．
（2）从反应开始到40s达平衡状态，A的平均反应速率．
（3）平衡时容器中B的体积分数．
（4）写出该温度下此反应的平衡常数表达式，并计算出其数值．

Answer 1

分析 （1）A的物质的量变化量△n（A）=2mol-1.7mol=0.3mol，△n（C）=0.0225mol•L^-1•s^-1×10s×2L=0.45mol，根据物质的量变化量之比等于化学计量数之比可以计算x=3；
（2）40s时反应恰好处于平衡状态，此时B的转化率为20%，则参加反应B的物质的量为2mol×20%=0.4mol，由方程式可知参加反应A的物质的量=0.4mol×2=0.8mol，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（A）；
（3）平衡时参加反应B的物质的量为2mol×20%=0.4mol，故平衡时B的物质的量为2mol-0.4mol=1.6mol，反应前后气体物质的量不变，故反应后混合气体总物质的量为4mol，进而计算平衡时B的体积分数；
（4）计算平衡时各物质的物质的量，再根据K=$\frac{{c}^{3}（C）}{{c}^{2}（A）×c（B）}$计算平衡常数．

解答 解：（1）A的物质的量变化量△n（A）=2mol-1.7mol=0.3mol，△n（C）=0.0225mol•L^-1•s^-1×10s×2L=0.45mol，根据物质的量变化量之比等于化学计量数之比，则0.3mol：0.45mol=2：x，解得x=3，
答：X的值为3；
（2）40s时反应恰好处于平衡状态，此时B的转化率为20%，则参加反应B的物质的量为2mol×20%=0.4mol，由方程式可知参加反应A的物质的量=0.4mol×2=0.8mol，则v（A）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{40s}$=0.01mol/（L．s），
答：A的平均反应速率为0.01mol/（L．s）；
（3）平衡时参加反应B的物质的量为2mol×20%=0.4mol，故平衡时B的物质的量为2mol-0.4mol=1.6mol，反应前后气体物质的量不变，故反应后混合气体总物质的量为4mol，则平衡时B的体积分数=$\frac{1.6mol}{2mol+2mol}$×100%=40%，
答：平衡时B的体积分数为40%；
（4）平衡时参加反应B的物质的量为2mol×20%=0.4mol，则：
            2A（g）+B（g）?3C （g）+D（s）
起始量（mol）：2      2      0
变化量（mol）：0.8    0.4    1.2
平衡量（mol）：1.2    1.6    1.2
反应前后气体物质的量不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，故K=$\frac{{c}^{3}（C）}{{c}^{2}（A）×c（B）}$=$\frac{1．{2}^{3}}{1．{2}^{2}×1.6}$=0.75，
答：平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{3}（C）}{{c}^{2}（A）×c（B）}$，该温度下平衡常数K=0.75．

点评 本题考查化学平衡计算、反应速率计算、平衡常数，难度不大，注意三段式解题法在化学平衡计算中应用．