Question

某实验组为研究“不同条件”对化学平衡的影响情况，进行了如下实验：一定条件下，向一个1L密闭容器中加入等物质的量的X、Y和一定量的Z三种气体，甲图表示发生反应后各物质浓度(c)随时间(t)的变化〔其中t₀～t₁阶段c(Y)、c(Z)未画出〕。乙图表示化学反应速率(υ)随时间(t)的变化，四个阶段都只改变一种条件(催化剂、温度、浓度、压强，每次改变条件均不同)，已知t₃～t₄阶段为使用催化剂。回答下列问题：

(1)若t₁=5 min，则t₀～t₁阶段以Y浓度变化表示的反应速率为υ(Y)=________。

(2)在t₂～t₃阶段Y的物质的量减小，则此阶段开始时υ_正_____υ_逆(填“>”、“=”或“<”)。

(3)t₄～t₅阶段改变的条件为______，该反应的平衡常数表达式为_______。

(4)t₅～t₆阶段容器内Z的物质的量共增加0.30 mol，在反应中热量变化总量为a kJ，写出该反应的热化学方程式_________。在乙图Ⅰ～Ⅴ处平衡中，平衡常数最大的是_______。

(5)在相同条件下，若向该容器中只加入X、Y，反应也可以达到完全相同的平衡状态，则n(x)=________mol，n(Y)=__________mol达平衡时，X的转化率=_______。

Answer

0.016mol·L—1 ·min—1 > 减小压强 K= X(g) +2Y(g)⇌3Z(g) △H= +10a kJ/mol Ⅴ 0.16 0.17 31.25%

【解析】

(1)由图象计算Y的浓度变化，根据反应速率υ（Y）=计算；

(2)由图乙可知t2时增大了某一物质的浓度，已知t2-t3阶段，Y的物质的量减小，则增大了X的浓度，根据平衡移动来判断正逆反应速率的关系；

(3)t4～t5阶段正逆反应速率减小且相等，如果是降低温度，平衡一定发生移动，则正逆反应速率不相等，则此阶段为减小压强；根据Y、X浓度的变化判断二者计量数关系，根据t4～t5阶段判断化学方程式；

(4)计算生成1molZ反应的热量变化，结合方程式书写热化学方程式；根据温度对化学平衡常数的影响分析；

(5)在相同条件下，若向该容器中只加入X、Y，反应也可以达到完全相同的平衡状态，用极限转化法分析。

(1)图甲中t0～t1阶段Y浓度变化为0.15mol/L-0.07mol/L=0.08mol/L，Y浓度变化表示的反应速率为υ(Y)===0.016 mol•L-1•min-1，故答案为：0.016 mol•L-1•min-1；

(2)由图乙可知t2时增大了某一物质的浓度，已知t2-t3阶段，Y的物质的量减小，则增大了X的浓度，增大X的浓度平衡向正方向移动，所以υ正大于υ逆；故答案为：>；

(3)t3～t4阶段与t4～t5阶段正逆反应速率都相等，而t3～t4阶段为使用催化剂，如果t4～t5阶段改变的条件为降低反应温度，平衡一定发生移动，则正逆反应速率不相等，则t4～t5阶段应为减小压强，减小压强平衡不移动，则反应前后气体分子数相等；反应中X的浓度减少0.15mol/L-0.11mol/L=0.04mol/L，Y的浓度减少0.15mol/L-0.07mol/L=0.08mol/L，反应中X与Y的化学计量数之比为0.04：0.08=1：2，则反应的化学方程式为：X(g)+2Y(g)⇌3Z(g)，则该反应的平衡常数表达式为K=；故答案为：减小压强；K=；

(4)t5～t6阶段反应速率加快，则此阶段为升高温度，升高温度平衡向吸热方向移动，容器内Z的物质的量共增加0.30mol，在反应中热量变化总量为a kJ，则正反应为吸热反应，生成3molZ，吸收10a kJ热量，所以该反应的热化学方程式X(g)+2Y(g)⇌3Z(g)△H=+10a kJ/mol；升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，所以Ⅴ时平衡常数最大，故答案为：X(g)+2Y(g)⇌3Z(g)△H=+10a kJ/mol；Ⅴ；

(5)在相同条件下，若向该容器中只加入X、Y，反应也可以达到完全相同的平衡状态，则平衡时各物质的浓度相同，已知平衡时c(X)=0.11mol•L-1，c(Y)=0.07mol•L-1，Z(g)=0.15mol•L-1，按照方程式把Z转化为X和Y，所以c(X)=0.16mol•L-1，c(Y)=0.17mol•L-1，则起始充入的n（X）=0.16mol/L×1L=0.16mol，n（Y）=0.17mol/L×1L=0.17mol；达平衡时，X的转化率=×100%=31.25%；故答案为：0.16；0.17；31.25%。