Question

4．某實(shí)驗(yàn)組為研究“不同條件”對(duì)化學(xué)平衡的影響情況，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：一定條件下，向一個(gè)密閉容器中加入0.30molX、0.10molY和一定量的Z三種氣體，甲圖表示發(fā)生反應(yīng)后各物質(zhì)濃度（c）隨時(shí)間（t）的變化〔其中t₀～t₁階段c（Z）未畫出〕．乙圖表示化學(xué)反應(yīng)速率（v）隨時(shí)間（t）的變化，四個(gè)階段都只改變一種條件（催化劑、溫度、濃度、壓強(qiáng)，每次改變條件均不同），已知t₃～t₄階段為使用催化劑．

回答下列問(wèn)題：
（1）若t₁=5min，則t₀～t₁階段以X濃度變化表示的反應(yīng)速率為v_（X）=0.018mol•L^-1•min^-1．
（2）在t₂～t₃階段Y的物質(zhì)的量減小，則此階段開始時(shí)v_正＜v_逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）t₄～t₅階段改變的條件為減小壓強(qiáng)，此階段的平衡常數(shù)K=2.8．
（4）t₅～t₆階段容器內(nèi)Z的物質(zhì)的量共增加0.10mol，在反應(yīng)中熱量變化總量為a kJ，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式3X（g）?2Y（g）+Z（g）△H=-10akJ/mol．
在乙圖Ⅰ～Ⅴ處平衡中，平衡常數(shù)最大的是Ⅴ．
（5）若起始實(shí)驗(yàn)條件不變，重新向該容器中加入0.60mol X、0.20mol Y和0.080mol Z，反應(yīng)至平衡狀態(tài)后X的轉(zhuǎn)化率=60%．

Answer 1

分析 （1）由圖象計(jì)算X的濃度變化，根據(jù)反應(yīng)速率v（X）=$\frac{△c（X）}{△t}$計(jì)算；
（2）t₄～t₅階段正逆反應(yīng)速率減小且相等，如果是降低溫度，平衡移動(dòng)發(fā)生移動(dòng)，則正逆反應(yīng)速率不相等；根據(jù)Y、X濃度的變化判斷二者計(jì)量數(shù)關(guān)系，根據(jù)t₄～t₅階段判斷化學(xué)方程式；由圖乙可知t₂時(shí)增大了某一物質(zhì)的濃度，已知t₂-t₃階段，Y的體積分?jǐn)?shù)變小，則增大了Z的濃度，根據(jù)平衡移動(dòng)來(lái)判斷正逆反應(yīng)速率的關(guān)系；
（3）由（2）分析可知t₄～t₅階段改變的條件為減小壓強(qiáng)，此時(shí)平衡常數(shù)不變；
（4）計(jì)算生成1molZ反應(yīng)的熱量變化，結(jié)合方程式書寫熱化學(xué)方程式；降溫時(shí)平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大；
（5）根據(jù)平衡常數(shù)不變計(jì)算重新達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度，計(jì)算X的減小量，即可計(jì)算X的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）圖甲中t₀～t₁階段X濃度變化為0.15mol/L-0.06mol/L=0.09mol/L，X濃度變化表示的反應(yīng)速率為v（X）=$\frac{△c（X）}{△t}$=$\frac{0.09mol/L}{5min}$=0.018 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.018 mol•L^-1•min^-1；
（2）t₃～t₄階段與t₄～t₅階段正逆反應(yīng)速率都相等，而t₃～t₄階段為使用催化劑，如果t₄～t₅階段改變的條件為降低反應(yīng)溫度，平衡移動(dòng)發(fā)生移動(dòng)，則正逆反應(yīng)速率不相等，則t₄～t₅階段應(yīng)為減小壓強(qiáng)；反應(yīng)中X的濃度變化為0.15mol/L-0.06mol/L=0.09mol/L，Y的濃度變化為0.11mol/L-0.05mol/L=0.06mol/L，反應(yīng)中X與Y的計(jì)量數(shù)之比為0.09：0.06=3：2，則該反應(yīng)中氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和前后相等，則有：3X（g）?Z（g）+2Y（g），
由圖乙可知t₂時(shí)增大了某一物質(zhì)的濃度，已知t₂-t₃階段，Y的體積分?jǐn)?shù)變小，則增大了Z的濃度，增大Z的濃度平衡向逆方向移動(dòng)，所以v正小于v逆；
故答案為：＜；
（3）由（2）分析知t₄～t₅階段改變的條件為減小壓強(qiáng)，t₂～t₃階段為增加組分濃度，t₅～t₆階段正逆反應(yīng)速率均有突變，為改變溫度，所以t₄～t₅階段的平衡常數(shù)等于t₂～t₃階段的平衡常數(shù)K=$\frac{c（Z）•c（Y）^{2}}{c（X）^{3}}$=$\frac{0.05mol/L×（0.11mol/L）^{2}}{（0.06mol/L）^{3}}$=2.8，
故答案為：減小壓強(qiáng)；2.8；
（4）t₅～t₆階段容器內(nèi)Z的物質(zhì)的量共增加0.10mol，在反應(yīng)中熱量變化總量為a kJ，則生成1molZ，熱量變化為10a kJ，由于降溫Z的量增加，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式3X（g）?2Y（g）+Z（g）△H=-10a kJ/mol．降溫時(shí)平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，所以Ⅴ時(shí)平衡常數(shù)最大，
故答案為：3X（g）?2Y（g）+Z（g）△H=-10a kJ/mol；Ⅴ；
（5）3X（g）?2Y（g）+Z（g）
起始量（mol）0.6          0.2     0.08
變化量（mol）3a           2a       a
平衡量（mol）0.6-3a       0.2+2a   0.08+a
則平衡常數(shù)K=$\frac{（\frac{0.2+2a}{V}）^{2}×（\frac{0.08+a}{V}）}{（\frac{0.6-3a}{V}）^{3}}$=2.8，a=0.12，反應(yīng)至平衡狀態(tài)后X的轉(zhuǎn)化率=$\frac{3×0.12mol}{0.6mol}×100%$=60%，
故答案為：60%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，難度較大，注意從乙圖判斷各階段的影響因素，此為解答該題的關(guān)鍵，易錯(cuò)點(diǎn)為各階段影響因素．