题目内容

6.在一定温度下,向2L的密闭容器中加入2mol A、2mol B及固体催化剂,使之发生反应:A(g)+B(g)?C(g)+D(g)△H=-QkJ•mol-1,4min后反应达到平衡,放出Q kJ的能量.
(1)用A表示的反应速率为0.125mol/(L.min),反应达到平衡时,B的转化率为50%.
(2)保持同一温度,在相同的容器中,若再加入2mol A,反应向正反应方向进行,达到平衡时又放出的能量为$\frac{1}{3}$QkJkJ.
(3)保持同一温度,在(2)的容器中,加入2mol D,能恰好抵消加入2mol A所放出的能量.

分析 (1)4min后反应达到平衡,放出Q kJ的能量,则参加反应的A为1mol,利用三段式计算各组分的物质的量变化量、平衡时各组分物质的量,再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(A),B的转化率=$\frac{参加反应B的物质的量}{B的起始物质的量}$×100%;
(2)由于温度不变,则平衡常数不变,由于反应前后气体的化学计量数不变,用物质的量代替浓度代入K=$\frac{c(C)×c(D)}{c(A)×c(B)}$计算平衡常数,若再加入2mol A,反应向正反应进行,可以等效为开始加入4molA、2molB到达的平衡,假设整个过程参加反应的A为xmol,表示出平衡时各组分的物质的量,结合平衡常数列方程计算x,进而计算放出总热量,可得加入2molA后又放出的热量;
(3)保持同一温度,在(2)的容器中,假设加入ymolD能恰好抵消加入2mol A所放出的能量,则整个过程放出的热量为QkJ,可以等效为开始加入4molA、2molB、ymolD到达的平衡时放出的热量,此时参加反应A为1mol,表示出平衡时各组分的物质的量,再结合(2)中的平衡常数列方程计算.

解答 解:(1)4min后反应达到平衡,放出Q kJ的能量,则参加反应的A为$\frac{QkJ}{QkJ/mol}$=1mol,则:
          A(g)+B(g)?C(g)+D(g)
开始(mol):2     2       0      0
转化(mol):1     1       1      1
平衡(mol):1     1       1      1
则v(A)=$\frac{\frac{1mol}{2L}}{4min}$=0.125mol/(L.min),
B的转化率=$\frac{1mol}{2mol}$×100%=50%,
故答案为:0.125mol/(L.min);50%;
(2)由于温度不变,则平衡常数不变,由于反应前后气体的化学计量数不变,可以用物质的量代替浓度计算平衡常数,则K=$\frac{c(C)×c(D)}{c(A)×c(B)}$=$\frac{1×1}{1×1}$=1,
若再加入2mol A,反应向正反应方向进行,可以等效为开始加入4molA、2molB到达的平衡,假设整个过程参加反应的A为xmol,则:
          A(g)+B(g)?C(g)+D(g)
开始(mol):4     2      0      0
转化(mol):x     x      x      x
平衡(mol):4-x   2-x    x      x
所以$\frac{x×x}{(4-x)×(2-x)}$=1,解得x=$\frac{4}{3}$
故放出总热量为$\frac{4}{3}$QkJ,则加入2molA后又放出的热量为$\frac{4}{3}$QkJ-QkJ=$\frac{1}{3}$QkJ,
故答案为:正反应方向;$\frac{1}{3}$QkJ;
(3)保持同一温度,在(2)的容器中,假设加入ymolD能恰好抵消加入2mol A所放出的能量,则整个过程放出的热量为QkJ,可以等效为开始加入4molA、2molB、ymolD到达的平衡时放出的热量,此时参加反应A为1mol,则:
          A(g)+B(g)?C(g)+D(g)
开始(mol):4     2        0    y
转化(mol):1     1        1    1 
平衡(mol):3     1        1    y+1
所以$\frac{(y+1)×1}{3×1}$=1,解得y=2
故答案为:2.

点评 本题考查化学平衡的有关计算,关键是等效平衡的构建,熟练掌握平衡常数的应用,难度较大.

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