Question

13．有如下化学反应：2A（g）+B（g）?2C（g），△H＜0．
（1）若将4molA和2molB在2L的容器中混合，经2s后测得C的浓度为0.6mol•L^-1，用物质A表示的平均反应速率为0.3mol/（L．s）；2s时物质B的浓度为0.7mol•L^-1；
（2）若把amolA和bmolB充入一2L的密闭容器中，达到平衡时它们的物质的量满足：n（A）+n（B）=n（C），则A的转化率为$\frac{2（a+b）}{5a}$×100%，此条件下该反应的平衡常数值K=$\frac{40（a+b）^{2}}{（3a-2b）^{2}×（4b-a）}$（用含a、b的代数式表示）；
（3）若如图所示，将4molA和2molB混合置于体积可变的等压容器中，一定温度下达到平衡状态x时，测得气体总物质的量为4.2mol．若A、B、C的起始物质的量分别用a、b、c表示，回答下列问题：
①在达到平衡状态x时的容器中，通入少量B气体，体系中A气体的体积分数减小（填“增大”、“减小”或“不变”），若要使A的体积分数再达到与平衡状态x相同，可采取的措施有通入适量A或给体系升温．
②若起始时a=1.2mol，b=0.6mol，且达到平衡后各气体的体积分数与平衡状态x相同，则起始时，c的取值范围为c≥0
③若要使反应开始时向逆反应方向进行，且达到平衡后各气体的物质的量与平衡状态x相同，则起始时c的取值范围为3.6＜c≤4．

Answer 1

分析 （1）若将4mol A和2mol B在2L的容器中混合，经2s后测得C的浓度为0.6mol/L，由方程式可知△c（A）=△c（C），△c（B）=$\frac{1}{2}$△c（C），根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（A），2s时物质B的浓度=B的起始浓度-△c（B）；
（2）设参加反应的B为xmol，则：
            2A（g）+B（g）?2C（g）
起始量（mol）：a    b        0
变化量（mol） 2x    x        2x
平衡量（mol）a-2x   b-x      2x
达到平衡时它们的物质的量满足：n（A）+n（B）=n（C），即a-2x+b-x=2x，解得x=$\frac{a+b}{5}$，
进而计算A的转化率，再根据K=$\frac{{c}^{2}（C）}{{c}^{2}（A）×c（B）}$=$\frac{{n}^{2}（C）}{{n}^{2}（A）×n（B）}$×V计算；
（3）①恒温恒压下，通入少量B能使平衡正向移动并能提高A转化率，导致体系中A的体积分数减小，若要使A的体积分数再变至与原平衡状态x相同，可通入适量A，或给体系升温使平衡逆向移动；
②若起始时a=1.2mol，b=0.6mol，且达到平衡后各气体的体积分数与平衡状态A相同，为等效平衡，恒温恒压下，按化学计量数完全转化到左边满足n（A）：n（B）=2：1；
③若要使反应开始时向逆反应方向进行，且达到平衡后各气体的物质的量与平衡状态x相同，按化学计量数完全转化到左边满足n（A）=4mol、n（B）=2mol，要使反应开始时向逆方向进行，则c应大于原平衡时C的物质的量，A、B为0时，可以确定c的最大值．

解答 解：（1）若将4mol A和2mol B在2L的容器中混合，经2s后测得C的浓度为0.6mol/L，由方程式可知△c（A）=△c（C）=0.6mol/L，v（A）=$\frac{0.6mol/L}{2s}$=0.3mol/（L．s）；
△c（B）=$\frac{1}{2}$△c（C）=0.3mol/L，2s时物质B的浓度=$\frac{2mol}{2L}$-0.3mol/L=0.7mol/L，
故答案为：0.3mol/（L．s）；0.7；
（2）设参加反应的B为xmol，则：
             2A（g）+B（g）?2C（g）
起始量（mol）：a      b       0
变化量（mol） 2x      x       2x  
平衡量（mol）a-2x     b-x     2x
达到平衡时它们的物质的量满足：n（A）+n（B）=n（C），即a-2x+b-x=2x，解得x=$\frac{a+b}{5}$，
所以A的转化率=$\frac{2×\frac{a+b}{5}mol}{amol}$×100%=$\frac{2（a+b）}{5a}$×100%；
平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C）}{{c}^{2}（A）×c（B）}$=$\frac{{n}^{2}（C）}{{n}^{2}（A）×n（B）}$×V=$\frac{（2×\frac{a+b}{5}）^{2}}{（a-2×\frac{a+b}{5}）^{2}×（b-\frac{a+b}{5}）}$×2=$\frac{40（a+b）^{2}}{（3a-2b）^{2}×（4b-a）}$，
故答案为：$\frac{2（a+b）}{5a}$×100%；$\frac{40（a+b）^{2}}{（3a-2b）^{2}×（4b-a）}$；
（3）①在达到平衡状态A的容器中再通入少量B，瞬间增大B气的浓度，能使平衡正向移动并能提高A转化率，导致体系中A的体积分数减小，若要使A的体积分数再变至与原平衡状态x相同，可通入适量A，或给体系升温使平衡逆向移动；
故答案为：减小；通入适量A、给体系升温；
②若起始时a=1.2mol，b=0.6mol，二者物质的量之比等于起始时加入的4mol A和2mol B的物质的量之比，而C转化得到的A与B的物质的量之比也是2：1，则c≥0按化学计量数完全转化到左边满足n（A）：n（B）=2：1，建立的平衡一定为等效平衡，
故答案为：c≥0；
③设原平衡中消耗的B为xmol，则：
           2A（g）+B（g）?2C（g）
起始（mol）：4      2      0
变化（mol）：2x     x      2x
平衡（mol）：4-2x   2-x    2x
则（4-2x）+（2-x）+2x=4.2，解得x=1.8，故原平衡时C为3.6mol，
达到平衡后各气体的物质的量与平衡状态x相同，按化学计量数完全转化到左边满足n（A）=4mol、n（B）=2mol，要使反应开始时向逆方向进行，则c＞3.6，A和B的量均为0，c有值最大时，4molA、2molB完全转化可以得到4mol C，故3.6＜c≤4，
故答案为：3.6＜c≤4．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学反应速率计算、等效平衡问题，关键是理解掌握等效平衡规律，难度较大，侧重考查学生计算能力、分析解决问题的能力，需要学生具备扎实的基础，难度较大．