Question

15．在一容积为2L的密闭容器中，加入1molA和3molB，保持温度为20℃，在催化剂存在的条件下，进行下列反应：A（g）+2B（g）?3C（g），达到平衡时生成1.5molC，平衡混合气中C的体积分数为ω；若将温度升高到50℃后，其他条件均不变，当反应重新达到平衡时，C的物质的量为1.2mol．问：
（1）20℃时，平衡混合气中C的体积分数ω=37.5%，该反应的平衡常数K=1.69（保留三位有效数字），
（2）该反应的平衡常数K随温度升高而减小（填“增大”、“减少”或“不变”），该反应的焓变△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”），
（3）20℃时，若在同一容器中加入2molA和6molB，达平衡后，C的物质的量为3mol，此时平衡混合气中C的体积分数不变（填“增大”、“减少”或“不变”），
（4）20℃时，若在同一容器中加入1molA、5molB和6molC，则平衡混合气中C的体积分数仍为ω，平衡时体系中A的物质的量浓度为0.75mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）反应气体气体分子数目不变，则混合气体总物质的量不变，C的体积分数=$\frac{c的物质的量}{混合气体总物质的量}$×100%；
计算平衡时各组分物质的量，由于反应前后气体分子数目不变，利用物质的量代替浓度代入K=$\frac{{c}^{3}（C）}{c（A）×{c}^{2}（B）}$计算；
（2）升高温度，平衡时C的物质的量减小，说明平衡逆向移动，正反应为放热反应；
（3）等效为在原平衡基础上压强增大一倍，反应前后气体分子数目不变，不影响平衡移动，平衡时相同物质的含量相等；
（4）温度不变，改变起始投料量，平衡混合气中C的体积分数仍为ω，说明为等效平衡，反应前后气体分子数目不变，按化学计量数之比完全转化到方程式左边满足n（A）：n（B）=1：3；
平衡时相同组分的原原平衡含量相同，则浓度之比等于混合气体总物质的量之比．

解答 解：（1）反应气体气体分子数目不变，则混合气体总物质的量不变，C的体积分数=$\frac{1.5mol}{1mol+3mol}$×100%=37.5%，
            A（g）+2B（g）?3C（g）
起始量（mol）：1      3       0
变化量（mol）：0.5    1       1.5
平衡量（mol）：0.5    2       1.5
由于反应前后气体分子数目不变，可以利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故K=$\frac{{c}^{3}（C）}{c（A）×{c}^{2}（B）}$=$\frac{1．{5}^{3}}{0.5×{2}^{2}}$=1.69，
故答案为：37.5%；1.69；
（2）升高温度，平衡时C的物质的量减小，说明平衡逆向移动，平衡常数减小，正反应为放热反应，则△H＜0，
故答案为：减小；＜；
（3）等效为在原平衡基础上压强增大一倍，反应前后气体分子数目不变，不影响平衡移动，平衡时相同物质的含量相等，则达平衡后，C的物质的量为（2+6）mol×37.5%=3mol，
故答案为：3；不变；
（4）温度不变，改变起始投料量，平衡混合气中C的体积分数仍为ω，说明为等效平衡，反应前后气体分子数目不变，按化学计量数之比完全转化到方程式左边满足n（A）：n（B）=1：3，设加入C为xmol，则：
（1+$\frac{1}{3}$x）：（5+$\frac{2}{3}$x）=1：3
解得x=6，
平衡时相同组分的原原平衡含量相同，则平衡时A的浓度为$\frac{0.5mol}{2L}$×$\frac{（1+5+6）mol}{（1+3）mol}$=0.75mol/L，
故答案为：6；0.75．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡常数计算与影响因素，关键是对等效平衡规律的理解掌握，难度中等．