Question

10．实验室中做如下实验：一定条件下，在容积为2.0L的恒容密闭容器中，发生如下反应：2A（g）+B（g）?2C（g）；?△H=QkJ/mol
（1）若A、B起始物质的量均为零，通入C的物质的量（mol）随反应时间（min）的变化情况如表：

实验 序号		0	10	20	30	40	50	60
1	800℃	1.0	0.80	0.67	0.57	0.50	0.50	0.50
2	800℃	n2	0.60	0.50	0.50	0.50	0.50	0.50
3	800℃	n3	0.92	0.75	0.63	0.60	0.60	0.60
4	7 0℃	1.0	0.90	0.80	0.75	0.70	0.65	0.65

根据上表数据，完成下列填空：
①在实验1中反应在10至20min内反应的平均速率V_c=0.0065mol•L^-1•min^-1，实验2中采取的措施是使用催化剂；实验3中n_3＞1.0mol（填“＞、=、＜”）．
②比较实验4和实验1，可推测该反应中Q＜0（填“＞、=、＜”），
（2）在另一反应过程中A（g）、B（g）、C（g）物质的量变化如图所示，根据图中所示判断下列说法正确的abd．
a．10～15min可能是升高了温度  b．10～15min可能是加入了催剂
c．20min时可能缩小了容器体积  d．20min时可能是增加了B的量
（3）一定条件下，向上述容器中通入5molA（g）和3molB（g），此时容器的压强为P（始）．反应进行并达到平衡后，测得容器内气体压强为P（始）的$\frac{7}{8}$．若相同条件下，向上述容器中分别通入a molA（g）、b molB（g）、c molC（g），欲使达到新平衡时容器内气体压强仍为P（始）的$\frac{7}{8}$．
①a、b、c必须满足的关系是a+c=5，b+$\frac{1}{2}$c=3．（一个用a、c表示，另一个用b、c表示）
②欲使起始时反应表现为向正反应方向进行，则a的取值范围是3＜a≤5．

Answer 1

分析 （1）①反应速率v=$\frac{△c}{△t}$，实验2中达到平衡时C的物质的量和实验1相同，但达到平衡所需时间比实验1短，说明改变的条件是加入了催化剂，温度不变实验3中的数据分析可知达到平衡状态C的物质的量为0.6mol大于实验1、2 达到平衡状态C的物质的量，说明C的起始量大于1.0mol；
②比较实验4和实验1，温度降低，起始量相同，达到平衡C的物质的量增大，说明升温平衡逆向进行；
（2）A.10～15min，反应速率增大；
B.10～15min未到达平衡，且改变条件，速率增大，反应进行向正反应进行，可能为使用催化剂或升高温度或增大压强；
C.20min时若缩小了容器体积，则20min时B的物质的量不会变化；
D.20min时A、C的物质的量不变，B的物质的量增大，反应向正反应移动，应增大B的物质的量，可能是增加了B的量．
（3）2A（g）+B（g）?2C（g），反应前后气体体积减小，压强不变，说明达到相同平衡状态，结合等效平衡的判断依据，恒温恒容条件下，通过极值转化，满足起始量是“等量等效”分析计算；欲使起始时反应表现为向正反应方向进行，A的物质的量大于平衡时的物质的量，但起始总量不能超过5mol，据此答题．

解答 解：（1）①在实验1中反应在10至20min内反应的平均速率V_c=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.8mol-0.67mol}{2.0L}}{20min-10min}$=0.0065 mol•L^-1•min^-1，实验2中达到平衡时C的物质的量和实验1相同都为0.5mol，但达到平衡所需时间实验2为20min，实验1为40min，需要时间短，说明是增大反应速率不改变化学平衡，改变的条件是加入了催化剂，温度不变实验3中的数据分析可知达到平衡状态C的物质的量为0.6mol大于实验1、2 达到平衡状态C的物质的量，说明C的起始量大于1.0mol；
故答案为：0.0065 mol•L^-1•min^-1 ，用催化剂，＞；
②比较实验4和实验1，达到平衡C的物质的量为0.5mol，0.7mol，实验4是温度降低达到平衡C的物质的量增大，依据化学平衡移动原理可知，升温平衡向吸热反应方向进行，证明该反应的正反应为放热反应，＜0．
故答案为：＜；
（2）a.10～15min未到达平衡，图象斜率可知改变条件，反应速率都增大，所以可能是改变的条件为升温，故a正确；
b.10～15min未到达平衡，且改变条件后，反应速率都增大，反应向着正反应方向进行，可能为使用催化剂或升高温度或增大压强，故b正确；
c.20min时A、C的物质的量不变，B的物质的量增大，反应向正反应移动，应增大B的物质的量；如果缩小容器体积，则20min时B的物质的量不会变化，故c错误；
d．20min时A、C的物质的量不变，B的物质的量增大，反应向正反应移动，应该是增大了B的物质的量，故d正确；
故答案为：abd；
（3）一定条件下，向上述容器中通入5molA（g）和3molB（g），此时容器的压强为P（始）．反应进行并达到平衡后，测得容器内气体压强为P（始）的$\frac{7}{8}$．若相同条件下，向上述容器中分别通入a molA（g）、b molB（g）、c molC（g），欲使达到新平衡时容器内气体压强仍为P（始）的$\frac{7}{8}$，说明反应达到相同平衡状态，极值转化后等量等效计算分析，
                 2A（g）+B（g）?2C（g）
起始量（mol）     5       3      0
起始量（mol）     a       b       c
极值转化量（mol）a+c      b+$\frac{1}{2}$c    0
a、b、c必须满足的关系是等量等效，
a+c=5 
b+$\frac{1}{2}$c=3，
故答案为：a+c=5，b+$\frac{1}{2}$c=3；
②根据Ⅰ中的计算可知，设消耗B物质的量为x
             2A（g）+B（g）?2C（g）
起始量（mol）  5      3       0
变化量（mol）  2x     x       2x
平衡量（mol） 5-2x   3-x      2x
器内气体压强为P（始）的$\frac{7}{8}$，气体压强之比等于气体物质的量之比，5-2x+3-x+2x=$\frac{7}{8}$（5+3）
x=1mol，
反应达到平衡时，参加反应的A为2mol，则平衡时A的物质的量为3mol，欲使起始时反应表现为向正反应方向进行，A的物质的量大于平衡时的物质的量，但起始总量不能超过5mol，所以有3＜a≤5，
故答案为：3＜a≤5．

点评 本题考查化学平衡图象、化学反应速率计算、化学平衡的影响因素等知识，题目难度中等，注意掌握化学平衡及其影响因素，明确化学法反应速率的概念及计算方法，注意根据改变条件瞬间物质的量的变化．