Question

向一体积不变的密闭容器中加入2mol A、0.6mol C和一定量的B三种气体．一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图一所示．图二为t₂时刻后改变反应条件，平衡体系中反应速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种不同的条件．已知t₃～t₄阶段使用了催化剂；图一中t～t₁阶段c（B）未画出．

（1）若t₁=15min，则t～t₁阶段以C浓度变化表示的反应速率为v（C）=______．
（2）t₄～t₅阶段改变的条件为______，B的起始物质的量为______．
（3）判断图一中可逆反应达到平衡状态的依据是（填序号）______．
①2v_正（A）=3v_逆（C）
②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变
④A、B、C的浓度都不再发生变化
（4）t₅～t₆阶段保持容器内温度不变，若A的物质的量共变化了0.01mol，而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ，写出此温度下该反应的热化学方程式：______．
（5）在相同条件下，若起始时容器中加入a mol A、b mol B和c mol C，要达到t₁时刻同样的平衡，a、b、c要满足的条件为______．

Answer 1

【答案】分析：本题以图象的形式考查影响化学反应速率以及化学平衡移动的因素．
图二是在四种不同情况下影响化学的平衡，而影响平衡的因素有：浓度、温度、压强、催化剂，
t₃～t₄和t₄～t₅这两段平衡是不移动的，则只能是压强和催化剂影响的，因此应该推断该反应为等体积变化的反应．
再结合图一可知，A的变化为0.2mol/L，C的变化量为0.3mol/L，
由规律知，化学反应的速率之比等于化学方程式前的计量系数比，
可写出该反应的方程式为2A（g）+B（g） 3C（g），
t₃～t₄的平衡比原平衡的速率要快，而t₄～t₅的速率又变慢，则前者应是加催化剂，后者为减压，因为条件只能用一次；
B的平衡浓度是0.4mol/L，则起始时应为0.5mol/L．
起始2molA所对应的浓度为1mol/L，则体积应是2L．
所以B的起始物质的量为0.5mol/L×2L=1mol；
根据平衡状态的标志和特征判断反应是否达到平衡状态；
（5）考查的是等效平衡．要最终为相同平衡，则必须折算后与原平衡相等．
解答：解：（1）v===0.02 mol/（L?min），故答案为：0.02 mol/（L?min）；
（2）结合图一可知，A的变化为0.2mol/L，C的变化量为0.3mol/L，化学反应的速率之比等于化学方程式前的计量系数比，
可写出该反应的方程式为2A（g）+B（g） 3C（g），压强减小，正逆反应速率减小，应反应前后气体的化学计量数之和相等，则改变压强平衡不移动，所以t₄～t₅阶段改变的条件为减小压强，
B的平衡浓度是0.4mol/L，根据方程式可知，浓度的改变值与化学计量数呈正比，C改变0.3mol/L，则B改变0.1mol/L，
所以起始时应为0.5mol/L，起始2molA所对应的浓度为1mol/L，则体积应是2L，
所以B的起始物质的量为0.5mol/L×2L=1mol，
故答案为：减小压强； 1.0 mol；
（3）①反应达平衡状态时，正逆反应速率相等，则有3v_正（A）=2v_逆（C），故①错误；
②因气体的质量不变，容器的体积不变，则反应无论是否达到平衡状态，密度都不变，不能作为判断是否达到平衡的依据，故②错误；
③反应前后气体的物质的量不变，质量不变，混合气体的平均相对分子质量不变，不能作为判断是否达到平衡的依据，故③错误；
④当达到平衡状态时，A、B、C的浓度都不再发生变化，可作为平衡状态的判断依据，故④正确，
故答案为：④；
（4）根据方程式计算，若A的物质的量共变化了0.01mol，而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ，则反应2molA时，交换热量200akJ，而由图象可知，t₅～t₆阶段应为升高温度，正反应速率大于逆反应速率，平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，所以热化学方程式为2A（g）+B（g）  3C（g）△H=+200a kJ/mol，
故答案为：2A（g）+B（g）  3C（g）△H=+200a kJ/mol；
（5）反应的方程式为2A（g）+B（g）  3C（g），
根据方程式计算，起始时，将C从理论上转化为A、B，
则A的物质的量为2mol+×0.6mol=2.4mol，B的物质的量为1mol+×0.6mol=1.2mol，
在相同条件下，若起始时容器中加入a mol A、b mol B和c mol C，要达到t₁时刻同样的平衡，则所加物质的物质的量必须折算后与原平衡相等．
所以有a+=2.4，b+=1.2，
故答案为：a+=2.4，b+=1.2．
点评：本题以图象的形式考查影响化学反应速率以及化学平衡移动的因素，题目难度中等，注意等效平衡问题，为本题的难点，也是易错点．