Question

向一体积不变的密闭容器中加入2mol A、0.6mol C和一定量的B三种气体．一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图一所示．图二为t₂时刻后改变反应条件，平衡体系中反应速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种不同的条件．已知t₃～t₄阶段使用了催化剂；图一中t₀～t₁阶段c（B）未画出．

（1）若t₁=15min，则t₀～t₁阶段以C浓度变化表示的反应速率为v（C）=______________．

（2）t₄～t₅阶段改变的条件为______________，B的起始物质的量为______________．

（3）判断图一中可逆反应达到平衡状态的依据是（填序号）______________．

①2v_正（A）=3v_逆（C）

②混合气体的密度不变

③混合气体的平均相对分子质量不变

④A、B、C的浓度都不再发生变化

（4）t₅～t₆阶段保持容器内温度不变，若A的物质的量共变化了0.01mol，而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ，写出此温度下该反应的热化学方程式：______________．

（5）容器乙与容器甲的体积相同且保持不变，且乙容器的温度恒定为甲容器t₄～t₅时的温度，若要使C的平衡浓度为1.2mol/L，则在乙容器中加入1.2molA、0.6molB的同时还需要加入___________molC。

Answer

（1）0.02 mol/（L·min）；

（2）减小压强；1.0 mol；（3）④；

（4）2A（g）+B（g） 3C（g）△H=+200a kJ/mol；

（5）5.4mol。

【解析】

试题分析：（1）15min内，以C浓度变化表示的反应速率为v（C）=(0.6mol/L−0.3mol/L)÷15min=0.02 mol/（L•min）；

（2）t3～t4和t4～t5这两段平衡是不移动的，则只能是压强和催化剂影响的，因此应该推断该反应为等体积变化的反应，t3～t4的平衡比原平衡的速率要快，而t4～t5的速率又变慢，则前者应是加催化剂，因为条件只能用一次，t4～t5段为减小压强；反应过程中，反应物的浓度降低，生成物的浓度增大，结合图一可知，A为反应物，C为生成物，A的变化为0.2mol/L，C的变化量为0.3mol/L．又由于该反应为等体积变化的反应，所以B为反应物，根据化学反应的速率之比等于化学方程式前的计量系数比，该反应的方程式为2A（g）+B（g）3C（g），所以，△c（B）=1/2△n（A）=1/2×0.2mol/L=0.1mol/L，起始2molA所对应的浓度为1mol/L，则体积应是2mol÷1mol/L=2L，故B的起始物质的量为n（B）=（0.1mol/L+0.4mol/L）×2L=1mol；

（3）根据方程式计算，若①3v正（A）=2v逆（C），反应达到平衡，现在①2v正（A）=3v逆（C），所以反应未达到平衡状态，错误；②由于反应混合物都是气体，气体的质量不变，容器的容积也不变，所以在任何时刻混合气体的密度不变，故不能据此判断反应是否处于平衡状态，错误；③由于气体的物质的量不变，气体的质量不变，等于在任何情况下混合气体的平均相对分子质量不变，故不能据此判断反应是否处于平衡状态，错误；④若A、B、C的浓度都不再发生变化，则用任何一物质表示的正反应、逆反应速率都相等，反应处于平衡状态，正确；

（4）A的物质的量变化0.01mol，而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ，则反应2molA时，交换热量200akJ，而由图象可知，t5～t6阶段应为升高温度，正反应速率大于逆反应速率，平衡向正反应方向移动，则根据平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，所以热化学方程式为2A（g）+B（g）3C（g）△H=+200a kJ/mol；

（5）反应的方程式为2A（g）+B（g）3C（g），根据方程式计算，若平衡时c(C)= 1.2mol/L，是甲的2倍，由于容器的容积不变，所以开始时气体的物质的量是甲的2倍。对于甲，若反应从正反应方向开始，其起始时等效开始状态是n(A)= 2mol +2/3×0.6mol=2.4mol，那么乙若从正反应方向开始，等效开始时n(A)=4.8mol，现在实际加入的A的物质的量是1.2molA，则1.2mol+2/3n(C)=4.8mol，解得n(C)=5.4mol。

【考点定位】考查化学反应速率、化学平衡的有关计算、平衡状态的判断及等效平衡的有关知识。

【名师点睛】化学反应进行的快慢程度用化学反应速率表示。通常是用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加表示。化学反应速率是平均速率，总是正值，在同一时间段内用不同物质表示的化学反应速率，速率比等于化学方程式中相应物质的化学计量数的比。对于可逆反应来说，当达到平衡时，反应达到其进行的最大程度，此时任何物质的浓度不变，物质的含量不变；化学平衡状态是一定条件下的平衡状态。反应条件改变，化学平衡被破坏，会建立新条件下的平衡状态，可根据化学平衡移动原理分析判断平衡移动的方向。反应无论是从什么方向开始，若达到平衡时相应物质的浓度相等，则化学平衡等效。