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17.T℃时在2L的密闭容器中X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g).反应过程中X、Y、Z的浓度变化如图(1)所示

(1)容器中发生的可逆反应的反应方程式为3X+Y═2Z;
(2)反应进行的前3min内,用X表示的反应速率v(X)=0.1mol•(L•min)-1
(3)该可逆反应T℃时的化学平衡常数K≈0.67(保留小数点后两位);
若在3min到达平衡后的某一时刻再分别加入0.6mol Y及0.4molZ(维持体积、温度不变),则平衡将往逆向移动;
(4)若维持T℃温度不变且保持压强不变,在体积可变的弹性容器中起始时只充入a mol X和 b mol Y,若要保证达到平衡时与图(1)中X、Y、Z各物质体积分数相同,则a、b需满足$\frac{a}{b}$=$\frac{13}{9}$;
(5)若改变反应条件,使反应进程如图(2)所示,则改变的条件是加入催化剂.

分析 (1)根据图知,随着反应进行,X、Y的物质的量减小而生成物物质的量增大,则X、Y是反应物而Z是生成物,反应达到平衡状态时,△n(X)=(2.0-1.4)mol=0.6mol,△n(Y)=(1.6-1.4)mol=0.2mol,△n(Z)=(0.8-0.4)mol=0.4mol,同一化学反应中同一时间段内各物质的物质的量之比等于其计量数之比,据此确定化学式;
(2)用X表示的反应速率v(X)=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{3min}$;
(3)化学平衡时,c(X)=$\frac{1.4mol}{2L}$=0.7mol/L、c(Y)=$\frac{1.4mol}{2L}$=0.7mol/L、c(Z)=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L,化学平衡常数K=$\frac{0.4×0.4}{0.{7}^{3}×0.7}$;
加入Y、Z后容器中c(X)=0.7mol/L、c(Y)=$\frac{1.4+0.6}{2}$mol/L=1mol/L、c(Z)=$\frac{0.8+0.4}{2}$mol/L=0.6mol/L,浓度商=$\frac{0.6×0.6}{0.{7}^{3}×1}$,根据浓度商与化学平衡常数K之间的相对大小判断平衡移动方向;
(4)反应达到平衡状态时,与图(1)中X、Y、Z各物质体积分数相同,设参加反应的Y的物质的量为xmol,
3X+Y═2Z
amol bmol 0
3xmolxmol 2xmol
(a-3x)mol (b-x)mol 2x
图(1)平衡时X、Y的物质的量相等,所以其体积分数相等,则(a-3x)mol=(b-x)mol,x=$\frac{a-b}{2}$,
图(1)中平衡时Z的体积分数=$\frac{0.8mol}{(1.4+1.4+0.8)mol}$=$\frac{2}{9}$,
则$\frac{2x}{(a-3x)+(b-x)+2x}$=$\frac{2}{9}$,据此计算a、b关系式;
(5)根据图2知,反应达到平衡状态时,各物质的物质的量与图(1)相同,但反应时间缩短,说明改变条件时增大反应速率但不影响平衡移动.

解答 解:(1)根据图知,随着反应进行,X、Y的物质的量减小而生成物物质的量增大,则X、Y是反应物而Z是生成物,反应达到平衡状态时,△n(X)=(2.0-1.4)mol=0.6mol,△n(Y)=(1.6-1.4)mol=0.2mol,△n(Z)=(0.8-0.4)mol=0.4mol,同一化学反应中同一时间段内各物质的物质的量之比等于其计量数之比,则X、Y、Z的计量数之比为0.6mol:0.2mol:0.4mol=3:1:2,则该反应方程式为3X+Y═2Z,
故答案为:3X+Y═2Z;
(2)用X表示的反应速率v(X)=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{3min}$=0.1mol•(L•min)-1,故答案为:0.1;
(33)化学平衡时,c(X)=$\frac{1.4mol}{2L}$=0.7mol/L、c(Y)=$\frac{1.4mol}{2L}$=0.7mol/L、c(Z)=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L,化学平衡常数K=$\frac{0.4×0.4}{0.{7}^{3}×0.7}$≈0.67;
加入Y、Z后容器中c(X)=0.7mol/L、c(Y)=$\frac{1.4+0.6}{2}$mol/L=1mol/L、c(Z)=$\frac{0.8+0.4}{2}$mol/L=0.6mol/L,浓度商=$\frac{0.6×0.6}{0.{7}^{3}×1}$=1.05>0.67,则该反应向逆反应方向移动;
故答案为:0.67;逆向;
(4)反应达到平衡状态时,与图(1)中X、Y、Z各物质体积分数相同,设参加反应的Y的物质的量为xmol,
3X+Y═2Z
amol bmol 0
3xmolxmol 2xmol
(a-3x)mol (b-x)mol 2x
图(1)平衡时X、Y的物质的量相等,所以其体积分数相等,则(a-3x)mol=(b-x)mol,x=$\frac{a-b}{2}$,
图(1)中平衡时Z的体积分数=$\frac{0.8mol}{(1.4+1.4+0.8)mol}$=$\frac{2}{9}$,
则$\frac{2x}{(a-3x)+(b-x)+2x}$=$\frac{2}{9}$,a、b关系式为$\frac{a}{b}$=$\frac{13}{9}$,
故答案为:$\frac{a}{b}$=$\frac{13}{9}$;
(5)根据图2知,反应达到平衡状态时,各物质的物质的量与图(1)相同,但反应时间缩短,说明改变条件时增大反应速率但不影响平衡移动,催化剂能同等程度的改变正逆反应速率但不影响平衡移动,所以改变的体积是加入催化剂,故答案为:催化剂.

点评 本题考查化学平衡有关计算、化学平衡影响因素等知识点,为高频考点,侧重考查学生分析计算能力,难点是等效平衡的有关计算,要充分利用体积分数相等进行计算,注意催化剂只改变反应速率但不影响平衡移动,为易错点.

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7.在两个容积不同的容器中,一个盛有HCl气体,另一个盛有H2和C12(黄绿色气体)的混合气体.在同温同压下,两容器内的气体可能具有相同的(  )
A.分子数B.颜色C.原子数D.密度

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8.科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池.
已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l )的燃烧热△H分别为-285.8kJ•mol-1、-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1
请回答下列问题:
(1)用太阳能分解10mol水消耗的能量是2858kJ;
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1
(3)在容积为2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他条件不变的情况下,考察温度对反应的影响,实验结果如图所示(注:T1、T2均大于300℃).下列说法正确的是③④(填序号)
①温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为n(CH3OH)=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$mol•L-1•min-1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时$\frac{n({H}_{2})}{n(C{H}_{3}OH)}$增大
(4)在T1温度时,将1mol CO2和3mol H2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,若CO2的转化率为α,则容器内的压强与起始压强之比为$\frac{2-a}{2}$.

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容器编号温度(℃)起始物质的量(mol)平衡物质的量(mol)
CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)
I3870.200.0800.080
3870.40
2070.200.0900.090
下列说法正确的是(  )
A.该反应的正方应为吸热反应
B.若起始时向容器I中充入CH3OH 0.1mol、CH3OCH3 0.15mol和H2O 0.10mol,则反应将向正反应方向进行
C.容器I中反应达到平衡所需时间比容器Ⅲ中的长
D.达到平衡时,容器I中的CH3OH体积分数比容器Ⅱ中的小

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12.某温度下,对于反应N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol.N2的平衡转化率(α)与体系总压强(P)的关系如图所示.下列说法正确的是(  )
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B.平衡状态由A变到B时,平衡常数K (A)<K (B)
C.上述反应在达到平衡后,增大压强,H2的转化率提高
D.升高温度,平衡向逆反应方向移动,说明逆反应速率增大,正反应速度减小

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9.除去Cu粉中的Al粉不能用(  )
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11.下表中列出五种短周期元素A、B、C、D、E的信息,请推断后回答:
元素有  关  信  息
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B所在主族序数与所在周期序数之差为4
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(3)元素A和D形成的某种化合物可作为呼吸面具中氧气的来源,写出得到氧气反应的主要化学方程式2Na2O2+2CO2═2Na2CO3+O2
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(5)若使用Y-空气燃料电池精炼铜,当得到精铜80g时,燃料电池中转移的电子数为2.5NA

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12.可逆反应mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g)的v-t图象如图,若其它条件不变,只是在反应前加入合适的催化剂,其v-t图象如图:则①a1>a2 ②a1<a2 ③b1>b2 ④b1<b2 ⑤t1>t2 ⑥t1=t2  ⑦两图中阴影部分面积相等 ⑧右图中阴影部分面积更大,以上说法中不正确的是(  
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