Question

如图，有甲、乙两容器，甲体积可变压强不变，乙保持体积不变。向两容器中分别充入1molA、3molB，此时两容器体积均为500mL，温度为T℃。保持温度不变发生反应：A(g)+3B(g) 2C(g)+D(s)  ΔH<0

（1）下列选项中，能表明甲和乙容器中反应一定达到平衡状态的是            。

A．混合气体的总质量不随时间改变

B．2 v_正(C) = 3v_逆(B)

C．A、B转化率相等

D．物质D的质量不随时间改变

（2）2min后甲容器中反应达到平衡，测得C的浓度为2mol/L，此时甲容器的体积为_______mL。

（3）当甲乙两容器中反应都达平衡时，甲和乙中B的转化率α_甲(B) _________α_乙(B)。（填“>”“<”或“=”）

（4）其它条件不变，甲中如果从逆反应方向开始反应建立平衡，要求平衡时C的物质的量与（2）中平衡时C的物质的量相等，则需要加入C的物质的量n(C)=________mol，加入D的物质的量n(D)应该满足的条件为______________。

Answer

（1）A D（2分）（2）400 （2分）（3）>（2分）（4）2（2分）；n(D)>0.6mol（2分）

【解析】

试题分析：（1）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。A．反应有固体生成，所以随反应进行气体的质量减小，混合气体的总质量不随时间改变，说明到达平衡，A正确；B．不同物质表示正逆反应速率之比等于化学计量数之比，说明反应到达平衡．2v正（C）=3v逆（B），则v正（C）：v逆（B）=3：2，不等于化学计量数之比2：3，B错误；C．开始向两容器中分别充入1molA、3molB，且A与B按1：3反应，无论是否到达平衡A、B的转化率自始至终都相等，C错误；D．随反应进行气体的质量减小，物质D质量增大，物质D的质量不随时间改变，说明到达平衡，D正确，答案选AD。

（2）甲体积可变，压强温度不变，则反应前后混合气体的总浓度相等（单位体积内含有的混合气体的物质的量相等）。开始加入1molA、3molB，体积为500ml，则开始混合气体的总浓度为（1mol+3mol）÷0.5L=8mol/L。平衡后C的浓度为2mol/L，则平衡时A、B的总的浓度为8mol/L-2mol/L=6mol/L，由于开始加入1molA、3molB，且A与B按1：3反应，所以平衡时A与B的浓度比为1：3，所以平衡时c（A）=1/4×6mol/L=1.5mol/L，c（B）=6mol/L-1.5mol/L=4.5mol/L。令平衡后的体积为VL，则平衡时n（A）=1.5Vmol，n（B）=4.5Vmol，n（C）=2Vmol，所以

A（g）+3B（g）2C（g）+D（s）

起始量（mol）：1 3 0 0

转化量（mol）：V 3V 2V V

平衡量（mol）：1-V 3-3V 2V V

所以1-V=1.5V，解得V=0.4，即平衡后的体积为400ml。

（3）反应前后气体体积减小，甲比乙压强大，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，所以甲中B的转化率比乙中的大，即α乙（B）＜α甲（B）。

（4）平衡时C的物质的量与（2）中平衡时C的物质的量相等，则为完全等效平衡，开始1molA、3molB按化学计量数转化到右边可得n（C）=2mol，所以n（C）=2mol。由（2）可知，平衡时C的物质的量为2Vmol=2×0.4mol=0.8mol，所以转化的C的物质的量为2mol-0.8mol=1.2mol，由方程式可知，需要D的物质的量为1/2×1.2mol=0.6mol，故n （D）＞0.6mol。

【考点定位】本题主要是考查平衡状态判断、等效平衡、化学平衡计算等

【名师点晴】所谓等效平衡是指外界条件相同时，同一可逆反应只要起始浓度相当，无论经过何种途径，都可以达到相同的平衡状态。等效平衡的判断及处理一般步骤是：进行等效转化——边倒法，即按照反应方程式的计量数之比转化到同一边的量，与题干所给起始投料情况比较。等效平衡一般有三种类型：I类：恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说（即△n≠0的体系）：等效转化后，对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同。II类：恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说（即△n＝0的体系）：等效转化后，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。III类：恒温恒压下对于气体体系等效转化后，要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。解答该类型试题的关键是分清类别，用相应的方法求解即可。