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1molA、3molB，此时两容器体积均为500mL，温度为T℃．保持温度不变发生反应：
A（g）+3B（g）?2C（g）+D（s）：△H＜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）2min后甲容器中反应达到平衡，测得C的浓度为2mol/L，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______2min（填“＞”、“＜”或“=”，下同），B的转化率α_乙（B）______α_甲（B）
（4）其它条件不变，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）______mol，加入D的物质的量n （D）应该满足的条件为______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化．
（2）甲体积可变，压强不变温度不变，则反应前后混合气体的总浓度相等（单位体积内含有的混合气体的物质的量相等），令平衡后的体积为VL，用V表示出平衡时混合气体组分的物质的量，进而用V表示反应的A、B的物质的量，再根据开始1molA、3molB，列方程求算V．
（3）由反应可知，反应前后气体体积减小，所以乙压强减小，甲压强不变，压强越大反应速率越快，到达平衡的时间越短；
压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，据此判断转化率．
（4）平衡时C的物质的量与（2）中平衡时C的物质的量相等，则为完全等效平衡，按化学计量数转化到一边满足对于物质的物质的量相等即可，根据开始A、B的物质的量计算．
由（2）可知，平衡时C的物质的量，根据C的物质的量的变化计算所加入的D的物质的量．
解答：解：（1）A．反应有固体生成，所以随反应进行气体的质量减小，混合气体的总质量不随时间改变，说明到达平衡，故A正确；
B．不同物质表示正逆反应速率之比等于化学计量数之比，说明反应到达平衡．2v_正（C）=3v_逆（B），则v_正（C）：v_逆（B）=3：2，不等于化学计量数之比2：3，故B错误；
C．开始向两容器中分别充入1molA、3molB，且A与B按1：3反应，无论是否到达平衡A、B的转化率自始至终都相等，故C错误；                
D．随反应进行气体的质量减小，物质D质量增大，物质D的质量不随时间改变，说明到达平衡，故D正确．
故选：AD．
（2）甲体积可变，压强温度不变，则反应前后混合气体的总浓度相等（单位体积内含有的混合气体的物质的量相等）．
开始加入1molA、3molB，体积为500ml，则开始混合气体的总浓度为=8mol/L．
平衡后C的浓度为2mol/L，则平衡时A、B的总的浓度为8mol/L-2mol/L=6mol/L，由于开始加入1molA、3molB，且A与B按1：3反应，所以平衡时A与B的浓度比为1：3，所以平衡时c（A）=×6mol/L=1.5mol/L，
c（B）=6mol/L-1.5mol/L=4.5mol/L．
令平衡后的体积为VL，则平衡时n（A）=1.5Vmol，n（B）=4.5Vmol，n（C）=2Vmol．
所以           A（g）+3B（g）?2C（g）+D（s）
开始（mol）：1       3       0       0
变化（mol）：V       3V      2V      V
平衡（mol）：1-V      3-3V     2V     V
所以1-V=1.5V，解的V=0.4，即平衡后的体积为400ml．
所以B的转化率α_甲（B）=×100%=40%．
故答案为：400；40%．
（3）乙压强减小，甲压强不变，甲比乙压强大，压强越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，所以乙容器中反应慢，达到平衡所需要的时间大于2min．
反应前后气体体积减小，甲比乙压强大，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，所以甲中B的转化率比乙中的大，即α_乙（B）＜α_甲（B）．
故答案为：＞；＜．
（4）平衡时C的物质的量与（2）中平衡时C的物质的量相等，则为完全等效平衡，开始1molA、3molB按化学计量数转化到右边可得n（C）=2mol，所以n（C）=2mol．
由（2）可知，平衡时C的物质的量为2Vmol=2×0.4mol=0.8mol，所以转化的C的物质的量为2mol-0.8mol=1.2mol，由方程式可知，需要D的物质的量为×1.2mol=0.6mol，故n （D）＞0.6mol
故答案为：2；    n（D）＞0.6mol．
点评：考查平衡状态判断、等效平衡、化学平衡计算，难度很大，为易错点为（2）（4）．（2）中可借助PV=nRT理解，（4）根据等效平衡解答．