Question

4．（I）在一个容积固定不变的密闭容器中进行反应：2X（g）+Y（g）?2Z（g），已知将2molX和1molY充入该容器中，反应在绝热条件下达到平衡时，Z的物质的量为pmol．回答下列问题：
（1）若把2molX和1molY充入该容器时，处于状态I，达到平衡时处于状态II（如图1），则该反应的△H＜ 0； 熵变△S＜0  （ 填：“＜，＞，=”）．该反应在低温（填高温或低温）条件下能自发进行．

（2）该反应的v-t图象如图2中左图所示．若其他条件不变，仅在反应前加入合适的催化剂，则其v-t图象如图2中右图所示．以下说法正确的是②③⑤
①a₁＞a₂  ②b₁＜b₂  ③t₁＞t₂  ④右图中阴影部分面积更大⑤两图中阴影部分面积相等
（3）若该反应在容积可变的密闭容器中发生，在温度为T₁、T₂时，平衡体系中X的体积分数随压强变化曲线如图3所示．下列说法正确的是BD．
A． A、C两点的反应速率：A＞C                 B． A、C两点的气体密度：A＜C
C． B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C    D． 由状态B到状态A，可以用加热的方法

（II）在容积可变的密闭容器中发生反应：mA（g）+nB（g）?pC（g），在一定温度和不同压强下达到平衡时，分别得到A的物质的量浓度如下表

压强p/Pa	2×105	5×105	1×106
c（A）/mol•L-1	0.08	0.20	0.44

（1）当压强从2×10⁵ Pa增加到5×10⁵ Pa时，平衡不移动（填：向左，向右，不）
（2）维持压强为2×10⁵ Pa，当反应达到平衡状态时，体系中共有amol气体，再向体系中加入bmolB，当重新达到平衡时，体系中气体总物质的量是（a+b）mol．
（3）其他条件相同时，在上述三个压强下分别发生该反应．2×10⁵ Pa时，A的转化率随时间变化如图4，请在图4中补充画出压强分别为5×10⁵ Pa 和1×10⁶ Pa时，A的转化率随时间的变化曲线（请在图4上画出曲线并标出相应压强）．

Answer 1

分析 （Ⅰ）（1）正反应为气体物质的量减小的反应，容器的容积不变，由图可知，状态Ⅱ的压强大于状态Ⅰ压强的2倍，反应在绝热条件下进行，说明正反应为放热反应；正反应后气体的物质的量减少，所以混乱度减小，△H-T△S＜0反应自发进行；
（2）加入催化剂，反应速率加快，到达平衡的时间缩短，平衡不移动，阴影部分为反应物浓度变化量，则两图中阴影部分面积相等；
（3）A．A、C两点都在等温线上，压强越大，反应速率越快；
B．A、C两点都在等温线上，反应前后气体物质的量不变，压强越大，容器的容积越小，而混合气体总质量不变；
C．B、C两点X的体积分数相同，则相同组分的体积分数相同；
D．压强相同，升高温度，化学平衡向吸热反应移动；
（Ⅱ）（1）由表格数据可知，当压强从2×10⁵Pa增大为5×10⁵Pa时，压强增大2.5倍，体积变为 $\frac{1}{2.5}$倍，浓度由0.08增大为0.20mol•L^-1，也增大2.5倍，所以增大压强平衡不移动；
（2）由（1）可知，增大压强平衡不移动，所以反应前后气体的物质的量不变；
（3）2×10⁵与5×10⁵ Pa时A的转化率不变，但5×10⁵ Pa时反应速率快，到达平衡时间缩短．当压强从5×10⁵Pa增大为1×10⁶Pa时，压强增大2倍，体积变为 $\frac{1}{2}$倍，浓度应该由0.20增大为0.40mol•L^-1，但是实际上A的浓度为0.44，说明平衡逆向移动，此时B不是气体，A的转化率减小，反应速率增大，时间缩短．

解答 解：（Ⅰ）（1）正反应为气体物质的量减小的反应，容器的容积不变，由图可知，状态Ⅱ的压强大于状态Ⅰ压强的2倍，反应在绝热条件下进行，说明正反应为放热反应，则△H＜0；正反应后气体的物质的量减少，所以混乱度减小，则△S＜0，△H-T△S＜0反应自发进行，该反应在低温条件下能自发进行，
故答案为：＜；＜；低温；
（2）加入催化剂，反应速率加快，所以b₁＜b₂，到达平衡的时间缩短，所以t₁＞t₂，平衡不移动，阴影部分为反应物浓度变化量，则两图中阴影部分面积相等，
故答案为：②③⑤；
（3）A． A、C两点都在等温线上，压强A点小于C点，压强越大速率越快，所以反应速率A＜C，故A错误；
B． A、C两点都在等温线上，反应前后气体物质的量不变，压强越大，容器的容积越小，而混合气体总质量不变，所以气体密度：A＜C，故B正确；
C． B、C两点X的体积分数相同，则相同组分的体积分数相同，所以气体的平均相对分子质量相同，故C错误；
D． 由状态B到状态A，压强相同，温度不同，正反应为放热反应，升高温度化学平衡向吸热反应移动，X的体积分数增大，所以可以通过升温使状态B到状态A，故D正确；
故答案为：BD；
（Ⅱ）（1）由表格数据可知，当压强从2×10⁵Pa增大为5×10⁵Pa时，压强增大2.5倍，体积变为 $\frac{1}{2.5}$倍，浓度由0.08增大为0.20mol•L^-1，也增大2.5倍，所以增大压强平衡不移动，
故答案为：不；
（2）由（1）可知，增大压强平衡不移动，所以反应前后气体的物质的量不变，所以当反应达到平衡状态时，体系中共有amol气体，再向体系中加入bmolB，当重新达到平衡时，体系中气体总物质的量是a+b，
故答案为：a+b；
（3）2×10⁵与5×10⁵ Pa时A的转化率不变，但5×10⁵ Pa时反应速率快，到达平衡时间缩短．当压强从5×10⁵Pa增大为1×10⁶Pa时，压强增大2倍，体积变为 $\frac{1}{2}$倍，浓度应该由0.20增大为0.40mol•L^-1，但是实际上A的浓度为0.44，说明平衡逆向移动，此时B不是气体，A的转化率减小，反应速率增大，时间缩短，A的转化率随时间的变化曲线为：，
故答案为：．

点评 本题考查化学平衡影响因素、平衡图象等，综合性较强，侧重考查了学生分析数据、图象获取信息的能力，难度中等．