Question

在一个容积固定的反应器中，有一可左右滑动的密封隔板，两侧分别进行如图所示的可逆反应。各物质的起始加入量如下：A、B和C均为4.0mol，D为6.5mol，F为2.0mol，设E为x mol。当x在一定范围内变化时，均可通过调节反应器的温度，使两侧反应都达到平衡，并且隔板恰好处于反应器正中位置。请填写以下空白：

(1)若x＝4.5，则右侧反应在起始时向________________(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。欲使起始反应维持向该方向进行，则x的最大取值应小于________________。

　　(2)若x分别为4.5和5.0，则在这两种情况下，当反应平衡时，A的物质的量是否相等?________________(填“相等”、“不相等”或“不能确定”)。其理由是________________。

Answer 1

(1)正反应；7.0。

　　(2)不相等；因为这两种情况是在两种不同温度下达到化学平衡，平衡状态不同，所以物质的量也不同。

解析:

题中给出一个容积固定的反应器，虽然中间有一个移动隔板，但题中要求隔板处于反应器的正中位置，也就是要求反应容器左右两侧反应的物质的量始终相等。要满足这一条件，①可通过投入E的物质的量即x值的大小来控制；②可通过温度的调节来实现。

　　(1)反应器左侧的反应为一个反应前后总体积不变化的反应，总物质的量始终为n_A＋n_B＋n_C＝4mol＋4mol＋4mol＝12mol，这就要求反应器右侧也必须始终保持总的物质的量也为12mol。当x＝4.5时，右侧反应在起始时总的物质的量为6.5mol＋4.5mol＋2mol＝13mol，大于12mol，此时反应向总体积缩小的方向移动，即向正反应方向进行。由于右侧的正反应是一个体积缩小的反应，E物质参与反应的越多，体积缩小的越多。用极限法，假设投入的E物质全部反应，即E的最大投入量，也就是x的最大取值，则

　　　　　　　　　D(g)　 ＋　 2E(g)　　　　2F(g)

　　n_始(mol)　　　6.5　　　 　　x　　　　 　　　　2.0

　　n_平(mol)　 　6.5- 　　 　　0　　　　 　　　2.0＋x

　　因左侧反应混合物总的物质的量为12mol，所以达平衡时，右侧反应需满足：

　　6.5-＋0＋2.0＋x＝12，x＝7

　　(2)若x分别为4.5和5.0这两种情况时，要满足题中移动隔板恰好处于反应器正中位置的要求，即反应器右侧在z值不同时还始终保持总物质的量为12mol，只有通过条件①即调节温度来实现。也就是说当x的取值在4.5和5.0这两种情况下，当隔板恰处中间位置时的温度是不相同的。再来分析反应器的左侧。由右侧的条件决定x的数值不同，温度不同，在不同的温度下平衡状态不同，各物质的量也就不同。故A的物质的量在这两种情况下也不相等。