Question

恒容体系，发生如下反应2A（g）?B（g）+xC（？）△H，起始时B、C物质的量浓度为0，A的物质的量浓度随时间变化如图（某课外活动小组一共进行了如图所示的三个实验，其中T₁、T₂表示不同的反应温度）：
（1）在实验Ⅲ中，0～20min的时间内，v（B）=______．
（2）根据以上实验事实，完成以下填空：x=______，生成物C的状态为______，反应热△H______0（填“＞”、“=”或者“＜”）．
（3）在实验Ⅱ中，当化学反应进行到35min时，下列关于反应体系中的有关说法，正确的是______．
a．单位时间内生成n mol B的同时生成2n mol A
b．单位时间内生成n mol C的同时消耗2n mol A
c．用A、B、C表示的反应速率的比为2：1：2
d．混合气体中反应物A与生成物B的体积分数之比为2：1
e．混合气体中B与C的物质的量相等
（4）该反应的化学平衡常数表达式K=______，在T₂℃时K的数值为______．
（5）T₁℃时，保持容器的体积不变，若充入amolA、bmolB、cmolC，达到平衡时C的体积分数为0.4，则a、b、c的取值可以是______．
a．a=2、b=1、c=2            b．a=0.5、b=1.7、c=1.7
c．a=1、b=1、c=1            d．a=x、b=c=2x（x＞0）
e．b=c、a为大于0的任意值．

Answer 1

【答案】分析：（1）由图可知20min内，A的浓度变化为1mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，根据v=计算v（A），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（B）．
（2）比较实验Ⅰ、Ⅱ，温度相同，A的起始浓度不同，平衡时实验比较实验Ⅰ中A的转化率为50%，实验Ⅱ中A的转化率为50%，A的浓度变化，平衡时A的转化率相同，二者为等效平衡，故反应前后气体的体积不变；由方程式可知，A的化学计量数等于B与C的化学计量数之和，C为气态；
比较实验Ⅱ、Ⅲ，二者A的起始浓度相同、温度不定，温度越高，反应速率越快，最先到达平衡，故温度T₁＞T₂，由图可知温度越高A的转化率越大，温度升高平衡向正反应移动．
（3）由图可知，实验Ⅱ中，当化学反应进行到35min时，可以反应以达平衡状态．
a．单位时间内生成n mol B的同时生成2n mol A，表示正逆反应速率相等，说明反应达平衡状态；
b．单位时间内生成n mol C的同时消耗2n mol A，都表示正反应速率，反应自始至终都按此比较进行；
c．速率之比等于化学计量数之比；
d．由与可知平衡时，A的浓度为0.5mol/L，故A的浓度变化为0.5mol/L，由方程式可知平衡时B的浓度为0.25mol/L；
e．起始时B、C物质的量浓度为0，混合气体中B与C的物质的量之比等于化学计量数之比．
（4）平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；
根据实验实验Ⅱ计算，由图可知，平衡时A的浓度为0.5mol/L，故A的浓度变化为1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，由方程式可知平衡时B的浓度为0.25mol/L，C的浓度为0.25mol/L，代入平衡常数表达式计算；
（5）由图可知，T₁℃时，达平衡时A的浓度为0.2mol/L，A的浓度变化为1mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，由方程式可知原平衡状态C的浓度为×0.8mol/L=0.4mol/L，C体积分数为0.4，．T₁℃时，保持容器的体积不变，若充入amolA、bmolB、cmolC，达到平衡时C的体积分数为0.4，说明为等效平衡，该反应前后其气体的体积不变，故满足B、C的物质的量为1：1即可，与A的量无关．
解答：解：（1）由图可知20min内，A的浓度变化为1mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，v（A）==0.04mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，所以v（B）=v（A）=×0.04mol/（L．min）=0.02mol/（L．min）．
故答案为：0.02mol/（L．min）．
（2）比较实验Ⅰ、Ⅱ，温度相同，A的起始浓度不同，平衡时实验比较实验Ⅰ中A的转化率为50%，实验Ⅱ中A的转化率为=50%，A的浓度变化，平衡时A的转化率相同，二者为等效平衡，故反应前后气体的体积不变，由方程式可知，A的化学计量数等于B与C的化学计量数之和，C为气态，即1+x=2，解得x=1；
比较实验Ⅱ、Ⅲ，二者A的起始浓度相同、温度不定，温度越高，反应速率越快，最先到达平衡，故温度T₁＞T₂，由图可知温度越高A的转化率越大，温度升高平衡向正反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故该反应正反应为吸热反应，即△H＞0．
故答案为：1，气态，＞．
（3）由图可知，实验Ⅱ中，当化学反应进行到35min时，可以反应以达平衡状态．
a．单位时间内生成n mol B的同时生成2n mol A，表示正逆反应速率相等，说明反应达平衡状态，故a正确；
b．单位时间内生成n mol C的同时消耗2n mol A，都表示正反应速率，反应自始至终都按此比较进行，故b正确；
c．速率之比等于化学计量数之比，用A、B、C表示的反应速率的比为2：1：1，故c错误；
d．由与可知平衡时，A的浓度为0.5mol/L，故A的浓度变化为0.5mol/L，由方程式可知平衡时B的浓度为0.25mol/L，故混合气体中反应物A与生成物B的体积分数之比为2：1，故d正确；
e．起始时B、C物质的量浓度为0，混合气体中B与C的物质的量之比等于化学计量数之比为1：1，故d正确．
故选：abde．
（4）平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，所以可逆反应2A（g）?B（g）+C（g）d的平衡常数k=；
根据实验实验Ⅱ计算，由图可知，平衡时A的浓度为0.5mol/L，故A的浓度变化为1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，由方程式可知平衡时B的浓度为×0.5mol/L=0.25mol/L，C的浓度为×0.5mol/L=0.25mol/L，该温度下平衡常数k==0.25．
故答案为：；0.25．
（5）由图可知，T₁℃时，达平衡时A的浓度为0.2mol/L，A的浓度变化为1mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，由方程式可知原平衡状态C的浓度为×0.8mol/L=0.4mol/L，C体积分数为=0.4，．T₁℃时，保持容器的体积不变，若充入amolA、bmolB、cmolC，达到平衡时C的体积分数为0.4，说明为等效平衡，该反应前后其气体的体积不变，故满足B、C的物质的量为1：1即可，与A的量无关．
a．若为a=2、b=1、c=2，n（B）≠n（C），故a错误；
b．a=0.5、b=1.7、c=1.7，n（B）═n（C），故b正确；
c．a=1、b=1、c=1，n（B）═n（C），故c正确；
d．a=x、b=c=2x（x＞0），n（B）═n（C），故d正确；
e．b=c、a为大于0的任意，n（B）═n（C），故d正确．
故选：bcde．
点评：考查反应速率计算、化学平衡状态特征、平衡常数、化学平衡计算、等效平衡、化学平衡图象等，难度中等关键是读懂图象获取信息．理解等效平衡的原理，1、恒温恒容下反应前后体积不变的条件下和恒温恒压条件下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达到平衡后与原平衡等效．
2、恒温恒容下反应前后体积变化的条件下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一半边对应物质的物质的量与原平衡相同，则达到平衡后与原平衡等效．