Question

8．已知 A（g）+B（g）?C（g）+D（g）反应的平衡常数和温度的关系如下：

温度/℃	700	900	830	1000	1200
平衡常数	1.7	1.1	1.0	0.6	0.4

回答下列问题：
（1）该反应的平衡常数表达式 K=$\frac{c（C）c（D）}{c（A）c（B）}$，△H＜0（填“＜”、“＞”或“=”）； 
（2）830℃时，向一个 5  L 的密闭容器中充入 0.20mol 的 A 和 0.80mol 的 B，如反应初始 10s 内 A 的平均反应速率 v（A）=0.002  mol•L^-1•s^-1．则 10s 时 c（A）=0.02 mol/L；若反应经一段 时间后，达到平衡时 A 的转化率为 80%，如果这时向该密闭容器中再充入 1mol 氩气，平 衡时 B 的转化率为20%；若要使平衡时 B 的转化率不低于 80%，至少再加入 A 的物 质的量为 3mol．
（3）判断该反应达到平衡的依据为CD（填正确选项前的字母）
 A．压强不随时间改变B．气体的密度不随时间改变
C．c（A）不随时间改变D．单位时间里生成 A 和 C 的物质的量相等
（4）1200℃时反应 C（g）+D（g）?A（g）+B（g）的平衡常数的值为2.5．

Answer 1

分析 （1）平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；图表中平衡常数随温度升高减小，升温平衡向吸热反应方向进行；
（2）根据△c=v△t计算△c（A），A的起始浓度-△c（A）=10s时c（A）；
根据△n=△cV计算△n（A），再根据方程式计算C的物质的量；
设平衡时A的浓度变化量为x，利用三段式表示平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数列方程计算x的值，再根据转化率定义计算；
体积不变，充入1mol氩气，反应混合物各组分的浓度不变，变化不移动，A的转化率不变；利用平衡常数和三行计算得到；
（3）根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（4）同一反应在相同温度下，正、逆反应方向的平衡常数互为倒数．

解答 解：（1）已知 A（g）+B（g）?C（g）+D（g）反应的平衡常数K=$\frac{c（C）c（D）}{c（A）c（B）}$，升温平衡向吸热反应方向进行，图表中平衡常数随温度升高减小，所以升温平衡逆向进行，正反应为放热反应，△H＜0，
故答案为：$\frac{c（C）c（D）}{c（A）c（B）}$；＜；
（2）反应初始10s内A的平均反应速率v（A）=0.002mol•L^-1•s^-1，则10s内△c（A）=0.002mol•L^-1•s^-1×10s=0.02mol/L，A的起始浓度=$\frac{0.2mol}{5L}$=0.04mol/L，故10s时时c（A）=0.04mol/L-0.02mol/L=0.02mol/L，
故10s内△n（A）=0.02mol/L×5L=0.1mol，由方程式可知n（C）=△n（A）=0.1mol，
设平衡时A的浓度变化量为x，则：
                         A（g）+B（g）?C（g）+D（g）
开始（mol/L）：0.04     0.16           0           0
变化（mol/L）：x            x            x            x
平衡（mol/L）：0.04-x   0.16-x       x            x
故$\frac{{x}^{2}}{（0.04-x）（016-x）}$=1，解得x=0.032
所以平衡时A的转化率为$\frac{0.032mol/L}{0.04mol/L}$×100%=80%，
体积不变，充入1mol氩气，反应混合物各组分的浓度不变，变化不移动，A的转化率不变为80%，B的转化率=$\frac{0.032mol/L}{0.16mol/L}$×100%=20%，
若要使平衡时 B 的转化率不低于 80%，则需要消耗B物质的量浓度为y，$\frac{y}{0.16}$=0.8，y=0.128mol/L，物质的量=0.128mol/L×5L=0.64mol，至少再加入 A 的物质的量为x
                             A（g）+B（g）?C（g）+D（g）
起始量（mol）       0.2+x          0.8         0            0
变化量（mol）       0.64           0.64         0.64       0.64
平衡浓度（mol）0.2+x-0.64      0.16        0.64         0.64
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，
K=$\frac{0.64×0.64}{（x-0.44）×0.16}$=1
x=3mol，
故答案为：0.02；80%；20%；3mol；
（3）A．该反应前后气体的物质的量不变，压强始终不变，故压强不随时间改变，不能说明到达平衡，故A错误，
B．混合气体的总质量不变，容器的容积不变，故混合气体的密度始终不变，故气体的密度不随时间改变，不能说明到达平衡，故B错误，
C．可逆反应到达平衡时，各组分的浓度不发生变化，故c（A）不随时间改变，说明到达平衡，故C正确，
D．单位时间里生成A和C的物质的量相等，表示正逆反应速率相同，能说明到达平衡，故D错误，
故答案为：CD；
（4）同一反应在相同温度下，正、逆反应方向的平衡常数互为倒数，故1200℃时反应C（g）+D（g）?A（g）+B（g）的平衡常数的值为$\frac{1}{0.4}$=2.5，
故答案为：2.5．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡常数计算、化学反应速率、平衡状态判断，难度中等，注意化学平衡状态判断，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．