Question

恒温时，将2 mol A和2 mol B气体投入固定容积为2 L的密闭容器中发生反应：2A(g)+B(g)xC(g)+D(s)，10 s时，测得A的物质的量为1.7 mol，0～10 s内C的反应速率为0.0225 mol·L^－1·s^－1；40 s时反应恰好处于平衡状态，此时B的转化率为20%。请填写下列空白：

(1)x=________；

(2)平衡时容器中B的体积分数为________；

(3)该温度下此反应的平衡常数表达式为_____________，数值是__________；

(4)下列各项能表示该反应达到平衡状态的是________________________；

A．消耗A的物质的量与生成D的物质的量之比为2∶1

B．容器中A、B的物质的量n(A)∶n(B) =2∶1

C．气体的平均相对分子质量不再变化

D．压强不再变化

E．气体密度不再变化

Answer

3 40% 0.75 CE

【解析】

(1)根据A的起始的物质的量及10 s时的物质的量计算A反应的物质的量，利用C物质的速率计算△n(C)，根据物质的量变化量之比等于化学计量数之比计算x的值；

(2)根据B的转化率计算出参加反应的B的物质的量，利用物质反应转化关系计算平衡时各组成的物质的量，进而计算平衡时总的物质的量，再利用体积分数等于计算B的体积分数，注意D是固体；

(3)平衡常数指生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；

计算出平衡时各组分的浓度，代入平衡常数表达式计算平衡常数，注意D是固体；

(4)表示该反应达到平衡状态是正逆反应速率相同，各成分的含量保持不变。

(1)A的物质的量变化量△n(A)=2 mol-1.7 mol=0.3 mol，△n(C)=0.0225 mol/(L•s)×10 s×2 L=0.45 mol，根据物质的量变化量之比等于化学计量数之比，则0.3 mol：0.45 mol=2：x，解得x=3；

(2)平衡时参加反应的B的物质的量为2 mol×20%=0.4 mol，则根据反应方程式2A(g)+B(g)3C(g)+D(s)中物质反应转化关系，可知A反应的物质的量为0.8 mol，反应产生C的物质的量为1.2 mol，则平衡时各种气体的物质的量n(A)=2 mol-0.8 mol=1.2 mol，n(B)=2mol-0.4 mol=1.6 mol，n(C)=1.2 mol，所以平衡时B的体积分数为×100%=40%；

(3)可逆反应2A(g)+B(g)3C(g)+D(s)的平衡常数K=，由(2)中计算可知，平衡时A、B、C的浓度分别为c(A)==0.6 mol/L，c(B)==0.8 mol/L，c(C)==0.6 mol/L，所以平衡常数K==0.75；

(4)A．消耗A的物质的量与生成D的物质的量之比为2：1，只能表示反应正向进行，不能据此判断反应是否处于平衡状态，A不符合题意；

B．容器中A、B的物质的量 n(A)：n(B)=2：1，不能表示正、逆反应速率相同，反应可能处于平衡状态，也可能未处于平衡状态，B不符合题意；

C．反应前后气体质量变化，而气体的物质的量不变，气体的平均相对分子质量不再变化，说明反应正、逆反应速率相同，反应达到平衡状态，C符合题意；

D．反应时气体体积不变的反应，压强不再变化不能怎么反应达到平衡，D不符合题意；

E．密度等于气体质量除以气体体积，反应前后气体体积不变，反应中生成的D是固体，气体密度不再变化说明反应达到平衡，E符合题意；

故合理选项是CE。