Question

2．图中，P为一可自由滑动的活塞，关闭K，分别向容器A、B中各充入1mol X、1mol Y，起始时，V_A=a L，V_B=0.8a L（连通管的体积忽略不计），在相同温度和有催化剂存在的条件下，两容器中各自发生下述反应：3X（g）+3Y（g）?2Z（g）+2W（g），达平衡时，V_B=0.6a L．回答下列问题：
（1）达到平衡时B中X的转化率为75%．
（2）平衡时A、B中混合气体的平均相对分子质量的关系是：M_A小于M_B（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）打开K，一段时间后反应再次达到平衡，则B的体积为0.2aL．

Answer 1

分析 （1）B为恒温恒压，利用体积之比等于物质的量之比，求出平衡时B中混合气体的物质的量，令转化的X的物质的量为想xmol，利用三段式列方程求出，再利用转化率的定义计算x的转化率；
（2）A为恒温恒容条件，B为恒温恒压条件，B容器体积减小，压强增大，平衡正向进行，气体物质的量减小，混合气体质量不变，根据M=$\frac{m}{n}$判断；
（3）打开K达到平衡时，混合气体压强应该与第一次平衡时B的压强相同，该反应是在等温等压条件下进行的反应，AB中反应开始物质的量是4mol，等温等压下，气体的物质的量之比等于体积之比，则打开K时达到平衡状态容器体积应该是原来B容器体积的2倍，为1.2aL，因为V_A=a L，则B的体积=1.2aL-aL．

解答 解：（1）B为恒温恒压，反应前后体积之比等于物质的量之比，令平衡后B中混合气体的物质的量为n，则：
0.8aL：0.6aL=2mol：n，解答n=1.5mol，
           3X（g）+3Y（g）?2Z（g）+2W（g），
开始：1mol       1mol          0mol            0mol
转化：xmol       xmol   $\frac{2}{3}$xmol    $\frac{2}{3}$xmol
平衡：（1-x）mol （1-x）mol $\frac{2}{3}$xmol   $\frac{2}{3}$xmol
所以：（1-x）mol+（1-x）mol+$\frac{2}{3}$xmol+$\frac{2}{3}$xmol=1.5mol，
解得x=0.75，
B中X的转化率为$\frac{0.75mol}{1mol}$×100%=75%；
故答案为：75%；
（2）A为恒温恒容条件，B为恒温恒压条件，B容器体积减小，压强增大，平衡正向进行，气体物质的量减小，混合气体质量不变，根据M=$\frac{m}{n}$判断得M_A＜M_B，
故答案为：小于；
（3）打开K达到平衡时，混合气体压强应该与第一次平衡时B的压强相同，该反应是在等温等压条件下进行的反应，AB中反应开始物质的量是4mol，等温等压下，气体的物质的量之比等于体积之比，则打开K时达到平衡状态容器体积应该是原来B容器体积的2倍，为1.2aL，因为V_A=a L，则B的体积=1.2aL-aL，
故答案为：0.2a．

点评 本题主要考查化学平衡计算，难度较大，注意等效平衡的利用是解题的关键．