Question

19．（1）把3molA和2.5molB混合，充入2L密閉容器中，發(fā)生下列反應：3A（g）+B（g）═xC（g）+2D（g）經5秒鐘反應達到平衡，生成1molD，并測得C的平均反應速率為0.1mol•L^-1•s^-1，則此反應中B的轉化率為20%，C的化學計量數(shù)x為2，A的平衡濃度為0.75mol/L．
（2）在一定條件下，將N₂、H₂混合氣體100mL通人密閉容器內，達到平衡時，容器內的壓強比反應前減小1/5，有測得此時混合氣體的平均相對分子質量為9．試求：原混合氣中N₂為20mL，H₂為80mL．改變條件，獲得以下圖象
a．下列時刻所改變的外界條件是：t₁升溫；t₃使用正催化劑；t₄減壓；
b．產物NH₃的體積分數(shù)最大的時間段是t₀～t₁；
c．上述圖象中NH₃的體積分數(shù)相等的時間段是t₂～t₃，t₃～t₄；
d．反應速率最大的時間段是t₃～t₄．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)三段式解題法，求出混合氣體各組分物質的量的變化量、平衡時各組分的物質的量．
平衡時，生成的C的物質的量為 0.1mol/（L﹒s）×5s×2L=1mol，
             3A（氣）+B（氣）?XC（氣）+2D（氣），
開始（mol）：3      2.5       0         0   
變化（mol）：1.5   0.5    0.5X        1
平衡（mol）：1.5      2      1          1
X=2，
根據(jù)相關計算公式計算相關物理量；
轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；依據(jù)上述計算得到x的值；平衡時A的物質的量為1.5mol，根據(jù)c=$\frac{n}{v}$計算濃度；
（2）設出氫氣、氮氣的體積及轉化的氮氣體積，然后根據(jù)題中數(shù)據(jù)列式計算出a，然后根據(jù)容器內的壓強比反應前減少1/5，利用化學平衡的三段式列式計算出
原混合氣體中N₂和H₂的體積；
a．根據(jù)溫度、催化劑以及壓強對反應速率的影響分析，注意各時間段正逆反應速率的變化；
b．t₁～t₂，t₄～t₅，反應向逆反應方向移動，隨著反應的進行，生成的氨氣逐漸減小，氨氣的體積分數(shù)逐漸減小；
c．根據(jù)b的分析，t₂～t₃，t₃～t₄，平衡不移動，氨氣的體積分數(shù)相等；
d．根據(jù)改變的條件分析．

解答 解：（1）根據(jù)三段式解題法，求出混合氣體各組分物質的量的變化量、平衡時各組分的物質的量．
平衡時，生成的C的物質的量為 0.1mol/（L﹒s）×5s×2L=1mol，
            3A（氣）+B（氣）?XC（氣）+2D（氣），
開始（mol）：3     2.5      0         0
變化（mol）：1.5   0.5     0.5X        1
平衡（mol）：1.5   2        1          1      解得：X=2，達到平衡狀態(tài)時B的轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.5}{2.5}$×100%=20%，A的平衡濃度為c=$\frac{n}{v}$=$\frac{1.5mol}{2L}$=0.75mol/L，
故答案為：20%；2；0.75mol/L；
（2）設原混合氣體中N₂的體積為x，H₂的體積為y，反應中轉化的N₂的體積為a，則x+y=100mL ①，
N₂+3H₂ ?2NH₃ △V
1  3     2   2
a   3a      2a
反應后氣體的體積減小了2a，根據(jù)容器內的壓強比反應前減少1/5，則達到平衡狀態(tài)時氣體的物質的量比反應前減少了$\frac{1}{5}$，$\frac{2a}{x+y}$=$\frac{1}{5}$②，將①帶人②解得，a=10mL，
根據(jù)三段式：N₂ +3H₂?2NH₃
反應前：x y 0
體積變化 10mL 30mL 20mL
平衡：x-10 y-30mL 20mL
相同條件下，氣體摩爾體積相同，設為V_m，根據(jù)質量守恒定律及反應后氣體的體積可得，混合氣體的平均分子量為：$\frac{28×\frac{x}{{V}_{m}}+2×\frac{y}{{V}_{m}}}{\frac{x+y-20}{{V}_{m}}}$=9 ③，
由③化簡有19x-7y+180=0 ④
由①④聯(lián)立，解得x=20mL，y=80mL，
答：原混和氣體中有N₂20mL，H₂80mL；
a．t₁時，正逆反應速率都增大，且逆反應速率大于正反應速率，反應向逆反應方向移動，則應為升高溫度的變化，
t₃時，正逆反應速率都增大，正逆反應速率相等，平衡不移動，應為加入催化劑的變化，
t₄時，正逆反應速率都減小，且逆反應速率大于正反應速率，平衡向逆反應方向移動，由方程式計量數(shù)關系可知，應為減小壓強的變化，
故答案為：升溫；使用正催化劑；減壓；
b．t₁～t₂，t₄～t₅，反應向逆反應方向移動，隨著反應的進行，生成的氨氣逐漸減小，氨氣的體積分數(shù)逐漸減小，故氨氣體積分數(shù)最高的時間段是t₀～t₁，
故答案為：t₀～t₁；
c．根據(jù)b的分析，t₂～t₃，t₃～t₄，平衡不移動，氨氣的體積分數(shù)相等，
故答案為：t₂～t₃，t₃～t₄；
d．根據(jù)改變的條件，t₁時升高溫度反應速率增大，t₃時加入催化劑反應速率增大，t₄時減小壓強反應速率減小，所以反應速率最大的時間段是t₃～t₄；
故答案為：t₃～t₄．

點評 本題考查了化學平衡的計算、化學反應速率的變化曲線，題目難度中等，注意平均相對分子質量的計算與差量法的利用，能夠利用化學平衡的三段式進行計算，注意化學方程式的特點，判斷溫度、壓強對反應平衡移動的影響，結合外界條件對反應速率的影響分析，試題提高了學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力．