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15.将1molI2(g)和2molH2(g)置于某2L密闭容器中,在一定温度下发生反应:I2(g)+H2(g)?2HI(g)△H<0,并在10min时达到平衡.HI的体积分数φ(HI)随时间变化如图所示曲线(Ⅱ).
(1)在此条件下,下列能说明该反应达到平衡状态的是BC (填序号).
A.混合气体密度不再变化
B.反应混合物中H2的浓度不变
C.混合气体的颜色不再变化
D.每消耗1molH2同时消耗1molI2
(2)在达平衡过程中用HI(g)表示的反应速率为0.09mol•L-1•min-1;I2(g)的平衡转化率为90%.
(3)在此温度下,该反应的平衡常数K=29.5(保留一位小数),若保持温度、体积不变,向已平衡的体系中再充入I2(g)和HI(g)各1mol,此时平衡向右移动(填“向左移动”“向右移动”或“不移动”).
(4)若改变反应条件,在某条件下φ(HI)的变化如曲线(Ⅰ)所示,则该条件可能是②④(填序号).
①恒容条件下,降低温度
②恒温条件下,缩小反应容器体积
③恒温条件下,扩大反应容器体积
④恒温、恒容条件下,加入适当催化剂
(5)若保持温度不变,在另一相同的2L密闭容器中加入amolI2(g)、bmolH2(g)和cmolHI(g)(a、b、c均大于0),发生反应达平衡时,HI体积分数仍为0.60,则a、b、c的关系为4a+c=2b(用一个含a、b、c的代数式表示).

分析 (1)当化学反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,各物质的浓度不再发生变化,由此衍生的一些物理性不变;
(2)达到平衡状态下HI(g)表示的反应速率v=$\frac{△c}{△t}$,转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%;
(3)平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$;若保持温度、体积不变,向已平衡的体系中再充入I2(g)和HI(g)各1mol,计算浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向;
(4)该反应是一个反应前后气体体积不变的可逆反应,改变条件时,该反应中HI的体积分数不变,说明改变体积平衡不移动,改变条件时到达平衡的时间缩短,说明加快反应速率,改变的条件可能是增大压强、加入催化剂;
(5)运用等效平衡判断,恒温恒容,前后气体体积不变化,按化学计量数转化到左边,满足与原来加入的反应物物质的量比例相等即可.

解答 解:(1)I2(g)+H2(g)?2HI(g)△H<0,反应为气体体积不变的放热反应,
A.反应前后气体质量和体积不变,混合气体密度不再变化不能说明反应达到平衡状态,故A错误;
B.反应混合物中H2的浓度不变是平衡标志,故B正确;
C.混合气体中碘蒸气有颜色,混合气体的颜色不再变化,说明碘单质浓度不变,反应达到平衡状态,故C正确;
D.每消耗1molH2同时消耗1molI2 反应正向进行,不能说明反应达到平衡状态,故D错误;
故答案为:B C;
(2)将1molI2(g)和2molH2(g)置于某2L密闭容器中,在一定温度下发生反应,并在10min时达到平衡,设反应碘单质物质的量x,
                           I2(g)+H2(g)?2HI(g)△H<0,
起始量(mol)     1             2               0
变化量(mol)     x             x               2x
平衡量(mol)   1-x           2-x              2x
碘化氢体积分数0.6,$\frac{2x}{3}$=0.6
x=0.9mol,
在达平衡过程中用HI(g)表示的反应速率=$\frac{\frac{2xmol}{2L}}{10min}$=0.09 mol•L-1•min-1
I2(g)的平衡转化率=$\frac{0.9mol}{1mol}$×100%=90%,
故答案为:0.09 mol•L-1•min-1; 90%;
(3)依据(2)计算结果计算得到平衡浓度c(H2)=$\frac{1.1mol}{2L}$=0.55mol/L,c(I2)=$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L,c(HI)=$\frac{2×0.9mol}{2L}$=0.9mol/L,
平衡常数K=$\frac{0.{9}^{2}}{0.55×0.05}$=29.5,若保持温度、体积不变,向已平衡的体系中再充入I2(g)和HI(g)各1mol,
平衡浓度c(H2)=0.55mol/L,c(I2)=$\frac{1-0.9+1}{2}$mol/L=0.55mol/L,c(HI)=$\frac{1.8+1}{2}$=1.4mol/L
Qc=$\frac{1.{4}^{2}}{0.55×0.55}$=6.49<K=29.5,平衡正向进行,平衡向右移动,
故答案为:29.5;向右移动;
(4)φ(HI)的变化如曲线(Ⅰ) 所示,反应时间缩短,碘化氢的含量不变,说明该条件只增大了反应速率不影响平衡,增大压强和加入催化剂对该反应平衡无影响,但都增大反应速率,缩短反应时间,
①恒容条件下,降低温度,反应速率减小,达到平衡所需时间变长,平衡变化,故①错误;
②恒温条件下,缩小反应容器体积,增大压强,反应速率增大,反应前后气体体积不变平衡不变,故②正确;
③恒温条件下,扩大反应容器体积,压强减小,反应速率减小,故③错误;
④恒温、恒容条件下,加入适当催化剂,加快反应速率,平衡不变,故④正确,
故答案为:②④;
(5)若保持温度不变,在另一个相同的2L密闭容器中加入a mol I2(g)、b mol H2(g)和c mol HI(a、b、c均大于0),发生反应,达平衡时,HI的体积分数仍为0.6,与原来的平衡是等效平衡,恒温恒容,前后气体体积不变化,按化学计量数转化到左边,满足与原来加入的反应物物质的量比例相等即可;
  对于反应     I2(g)+H2(g)?2HI(g);
开始(mol):a        b                c
变化(mol):$\frac{1}{2}$c      $\frac{1}{2}$c               c
平衡(mol):a+$\frac{1}{2}$c     b+$\frac{1}{2}$c             0
则(a+$\frac{1}{2}$c ):( b+$\frac{1}{2}$c)=1:2,
所以4a+c=2b,
故答案为:4a+c=2b.

点评 本题考查了反应速率的计算以及物质的量浓度、外界条件对化学反应平衡移动的影响等知识点,根据原子守恒计算平衡时碘的浓度,再结合图象中反应时间、HI的体积分数确定改变条件,注意:无论放热反应还是吸热反应,温度都改变化学平衡移动,为易错点,题目难度中等;

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