Question

在一個容積固定的反應器中，有一可左右滑動的密封隔板，兩側(cè)分別進行如圖所示的可逆反應。各物質(zhì)的起始加入量如下：A、B和C均為4.0mol，D為6.5mol，F(xiàn)為2.0mol，設E為x mol。當x在一定范圍內(nèi)變化時，均可通過調(diào)節(jié)反應器的溫度，使兩側(cè)反應都達到平衡，并且隔板恰好處于反應器正中位置。請?zhí)顚懸韵驴瞻祝?

(1)若x＝4.5，則右側(cè)反應在起始時向________________(填“正反應”或“逆反應”)方向進行。欲使起始反應維持向該方向進行，則x的最大取值應小于________________。

　　(2)若x分別為4.5和5.0，則在這兩種情況下，當反應平衡時，A的物質(zhì)的量是否相等?________________(填“相等”、“不相等”或“不能確定”)。其理由是________________。

Answer 1

(1)正反應；7.0。

　　(2)不相等；因為這兩種情況是在兩種不同溫度下達到化學平衡，平衡狀態(tài)不同，所以物質(zhì)的量也不同。

解析:

題中給出一個容積固定的反應器，雖然中間有一個移動隔板，但題中要求隔板處于反應器的正中位置，也就是要求反應容器左右兩側(cè)反應的物質(zhì)的量始終相等。要滿足這一條件，①可通過投入E的物質(zhì)的量即x值的大小來控制；②可通過溫度的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。

　　(1)反應器左側(cè)的反應為一個反應前后總體積不變化的反應，總物質(zhì)的量始終為n_A＋n_B＋n_C＝4mol＋4mol＋4mol＝12mol，這就要求反應器右側(cè)也必須始終保持總的物質(zhì)的量也為12mol。當x＝4.5時，右側(cè)反應在起始時總的物質(zhì)的量為6.5mol＋4.5mol＋2mol＝13mol，大于12mol，此時反應向總體積縮小的方向移動，即向正反應方向進行。由于右側(cè)的正反應是一個體積縮小的反應，E物質(zhì)參與反應的越多，體積縮小的越多。用極限法，假設投入的E物質(zhì)全部反應，即E的最大投入量，也就是x的最大取值，則

　　　　　　　　　D(g)　 ＋　 2E(g)　　　　2F(g)

　　n_始(mol)　　　6.5　　　 　　x　　　　 　　　　2.0

　　n_平(mol)　 　6.5- 　　 　　0　　　　 　　　2.0＋x

　　因左側(cè)反應混合物總的物質(zhì)的量為12mol，所以達平衡時，右側(cè)反應需滿足：

　　6.5-＋0＋2.0＋x＝12，x＝7

　　(2)若x分別為4.5和5.0這兩種情況時，要滿足題中移動隔板恰好處于反應器正中位置的要求，即反應器右側(cè)在z值不同時還始終保持總物質(zhì)的量為12mol，只有通過條件①即調(diào)節(jié)溫度來實現(xiàn)。也就是說當x的取值在4.5和5.0這兩種情況下，當隔板恰處中間位置時的溫度是不相同的。再來分析反應器的左側(cè)。由右側(cè)的條件決定x的數(shù)值不同，溫度不同，在不同的溫度下平衡狀態(tài)不同，各物質(zhì)的量也就不同。故A的物質(zhì)的量在這兩種情況下也不相等。