Question

如图，有甲、乙两容器，甲体积可变压强不变，乙保持体积不变。向两容器中分别充入1 mol A、3 mol B，此时两容器体积均为

500 mL，温度为T ℃，保持温度不变发生反应：A(g)＋3B(g)2C(g)＋D(s)

ΔH<0

(1)下列选项中，能表明甲和乙容器中反应一定达到平衡状态的是_______。

A．混合气体的总质量不随时间改变

B．2v_正(C)＝3v_逆(B)

C．A、B转化率相等

D．物质D的质量不随时间改变

(2)2 min后甲容器中反应达到平衡，测得C的浓度为2 mol·L^-1，此时容器的体积为________mL，B的转化率α甲(B)为________。

(3)乙容器中反应达到平衡所需要的时间____2 min(填“＞”“＜”或“＝”，下同)，B的转化率α_乙(B)____α_甲(B)。

(4)其他条件不变，甲中如果从逆反应方向开始反应建立平衡，要求平衡时C的物质的量与(2)中平衡时C的物质的量相等，则需要加入C的物质的量n(C)为_________mol，加入D的物质的量n(D)应该满足的条件为_______________。

Answer 1

【解析】(1)反应中有固体D生成，混合气体的总质量或固体的总质量不变时，达到平衡状态，A、D正确；v_正(C)∶v_正(B)＝2∶3，3v_正(C)＝2v_正(B)可知，

3v_正(C)＝2v_正(B)＝2v_逆(B)时，反应才平衡，B项错；A与B的投料比等于化学计量数之比时，A、B的转化率始终相等，C项错。

(2)设转化的物质的量为n

A(g)＋3B(g)  2C(g)＋D(s)

初始  1     3           0

转化  n     3n          2n

2 min 1－n  3－3n       2n

反应后总物质的量为1－n＋3－3n＋2n＝4－2n

设反应后的体积为V，则=2，n=V。

又因为反应条件为等温等压，气体体积之比等于物质的量之比。

则：＝求得V＝0.4 L，α_甲(B)＝×100%＝40%。

(3)甲在恒压下反应，体积不断缩小，乙和甲相比，乙相当于减小压强，平衡向左移动，反应速率慢，B的转化率小。

(4)欲从逆反应开始建立平衡与从正反应开始建立的平衡互为等效平衡，只要把C、D的量转化为1  mol A和3 mol B即可，不难算出需C 2 mol，D 1 mol，而D为固体只要其消耗足以建立平衡状态就行。(2)的平衡状态为

A(g)＋3B(g)2C(g)＋D(s)

初始   1     3         0     0

转化   0.4   1.2       0.8   0.4

2 min  0.6   1.8       0.8   0.4

所以消耗D为1 mol－0.4 mol＝0.6 mol，n(D)只要大于0.6 mol即可。

答案：(1)A、D   (2)400   40%   (3)>   <   (4)2

n(D)>0.6 mol

【方法技巧】

(1)“并盒法”理解等效平衡：

如图：恒温恒压下，将反应达到平衡的两个小盒并合为一个大盒，则大盒的体积是小盒的两倍，各组分的物质的量是小盒的2倍，但各组分的百分含量、浓度相等，是等效平衡。

(2)“并盒压缩法”理解“恒温恒容，气体分子数不变反应”的等效平衡：

因为是气体分子数不改变的反应，加压后平衡不移动，故C中各组分的物质的量是A的2倍，但各组分的百分含量不变，是等效平衡。