Question

15．将1molI₂（g）和2molH₂（g）置于某2L密闭容器中，在一定温度下发生反应：I₂（g）+H₂（g）?2HI（g）△H＜0，并在10min时达到平衡．HI的体积分数φ（HI）随时间变化如图所示曲线（Ⅱ）．
（1）在此条件下，下列能说明该反应达到平衡状态的是BC （填序号）．
A．混合气体密度不再变化
B．反应混合物中H₂的浓度不变
C．混合气体的颜色不再变化
D．每消耗1molH₂同时消耗1molI₂
（2）在达平衡过程中用HI（g）表示的反应速率为0.09mol•L^-1•min^-1；I₂（g）的平衡转化率为90%．
（3）在此温度下，该反应的平衡常数K=29.5（保留一位小数），若保持温度、体积不变，向已平衡的体系中再充入I₂（g）和HI（g）各1mol，此时平衡向右移动（填“向左移动”“向右移动”或“不移动”）．
（4）若改变反应条件，在某条件下φ（HI）的变化如曲线（Ⅰ）所示，则该条件可能是②④（填序号）．
①恒容条件下，降低温度
②恒温条件下，缩小反应容器体积
③恒温条件下，扩大反应容器体积
④恒温、恒容条件下，加入适当催化剂
（5）若保持温度不变，在另一相同的2L密闭容器中加入amolI₂（g）、bmolH₂（g）和cmolHI（g）（a、b、c均大于0），发生反应达平衡时，HI体积分数仍为0.60，则a、b、c的关系为4a+c=2b（用一个含a、b、c的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理性不变；
（2）达到平衡状态下HI（g）表示的反应速率v=$\frac{△c}{△t}$，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（3）平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；若保持温度、体积不变，向已平衡的体系中再充入I₂（g）和HI（g）各1mol，计算浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向；
（4）该反应是一个反应前后气体体积不变的可逆反应，改变条件时，该反应中HI的体积分数不变，说明改变体积平衡不移动，改变条件时到达平衡的时间缩短，说明加快反应速率，改变的条件可能是增大压强、加入催化剂；
（5）运用等效平衡判断，恒温恒容，前后气体体积不变化，按化学计量数转化到左边，满足与原来加入的反应物物质的量比例相等即可．

解答 解：（1）I₂（g）+H₂（g）?2HI（g）△H＜0，反应为气体体积不变的放热反应，
A．反应前后气体质量和体积不变，混合气体密度不再变化不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．反应混合物中H₂的浓度不变是平衡标志，故B正确；
C．混合气体中碘蒸气有颜色，混合气体的颜色不再变化，说明碘单质浓度不变，反应达到平衡状态，故C正确；
D．每消耗1molH₂同时消耗1molI₂ 反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：B C；
（2）将1molI₂（g）和2molH₂（g）置于某2L密闭容器中，在一定温度下发生反应，并在10min时达到平衡，设反应碘单质物质的量x，
                           I₂（g）+H₂（g）?2HI（g）△H＜0，
起始量（mol）     1             2               0
变化量（mol）     x             x               2x
平衡量（mol）   1-x           2-x              2x
碘化氢体积分数0.6，$\frac{2x}{3}$=0.6
x=0.9mol，
在达平衡过程中用HI（g）表示的反应速率=$\frac{\frac{2xmol}{2L}}{10min}$=0.09 mol•L^-1•min^-1，
I₂（g）的平衡转化率=$\frac{0.9mol}{1mol}$×100%=90%，
故答案为：0.09 mol•L^-1•min^-1； 90%；
（3）依据（2）计算结果计算得到平衡浓度c（H₂）=$\frac{1.1mol}{2L}$=0.55mol/L，c（I₂）=$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L，c（HI）=$\frac{2×0.9mol}{2L}$=0.9mol/L，
平衡常数K=$\frac{0．{9}^{2}}{0.55×0.05}$=29.5，若保持温度、体积不变，向已平衡的体系中再充入I₂（g）和HI（g）各1mol，
平衡浓度c（H₂）=0.55mol/L，c（I₂）=$\frac{1-0.9+1}{2}$mol/L=0.55mol/L，c（HI）=$\frac{1.8+1}{2}$=1.4mol/L
Qc=$\frac{1．{4}^{2}}{0.55×0.55}$=6.49＜K=29.5，平衡正向进行，平衡向右移动，
故答案为：29.5；向右移动；
（4）φ（HI）的变化如曲线（Ⅰ） 所示，反应时间缩短，碘化氢的含量不变，说明该条件只增大了反应速率不影响平衡，增大压强和加入催化剂对该反应平衡无影响，但都增大反应速率，缩短反应时间，
①恒容条件下，降低温度，反应速率减小，达到平衡所需时间变长，平衡变化，故①错误；
②恒温条件下，缩小反应容器体积，增大压强，反应速率增大，反应前后气体体积不变平衡不变，故②正确；
③恒温条件下，扩大反应容器体积，压强减小，反应速率减小，故③错误；
④恒温、恒容条件下，加入适当催化剂，加快反应速率，平衡不变，故④正确，
故答案为：②④；
（5）若保持温度不变，在另一个相同的2L密闭容器中加入a mol I₂（g）、b mol H₂（g）和c mol HI（a、b、c均大于0），发生反应，达平衡时，HI的体积分数仍为0.6，与原来的平衡是等效平衡，恒温恒容，前后气体体积不变化，按化学计量数转化到左边，满足与原来加入的反应物物质的量比例相等即可；
  对于反应     I₂（g）+H₂（g）?2HI（g）；
开始（mol）：a        b                c
变化（mol）：$\frac{1}{2}$c      $\frac{1}{2}$c               c
平衡（mol）：a+$\frac{1}{2}$c     b+$\frac{1}{2}$c             0
则（a+$\frac{1}{2}$c ）：（ b+$\frac{1}{2}$c）=1：2，
所以4a+c=2b，
故答案为：4a+c=2b．

点评 本题考查了反应速率的计算以及物质的量浓度、外界条件对化学反应平衡移动的影响等知识点，根据原子守恒计算平衡时碘的浓度，再结合图象中反应时间、HI的体积分数确定改变条件，注意：无论放热反应还是吸热反应，温度都改变化学平衡移动，为易错点，题目难度中等；