Question

在容积为2 L的密闭容器中进行如下反应：A(g)+2B(g)3C(g)+nD(g)，开始时A的物质的量为4 mol，B的物质的量为6 mol；5 min末测得C的物质的量为3 mol，用D表示的化学反应速率v(D)为0.2 mol·L^-1·min^-1。计算：

(1)5 min末A的物质的量浓度为________。

(2)前5 min内用B表示的化学反应速率v(B)为_______。

(3)化学方程式中n的值为____。

(4)此反应在四种不同情况下的反应速率分别为

①v(A)=5 mol·L^-1·min^-1          ②v(B)=6 mol·L^-1·min^-1

③v(C)=4.5 mol·L^-1·min^-1        ④v(D)=8 mol·L^-1·min^-1

其中反应速率最快的是_______(填序号)。

(5)在4 L密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化曲线如图：

①该反应的化学方程式是___________。

②该反应达到平衡状态的标志是_______(填字母)。

A.Y的体积分数在混合气体中保持不变

B.X、Y的反应速率比为3：1

C.容器内气体压强保持不变

D.容器内气体的总质量保持不变

E.生成1 mol Y的同时消耗2 mol Z

③2 min内Y的转化率为____。

Answer

1.5 mol/L 0.2 mol/(L·min) 2 ① 3X(g)+Y(g)2Z(g) AC 10%

【解析】

(1)根据反应时A、C变化的物质的量的比是1：3，由C的物质的量计算A反应的物质的量，然后根据c(A)=计算；

(2)根据v=计算v(B)；

(3)利用速率之比等于化学计量数之比计算n；

(4)用速率除以各种物质的化学计量数，比值越大，表示的反应速率就越快；

(5)①根据参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，结合5 min后各种物质的物质的量存在情况书写化学方程式；

②根据化学反应达到平衡时，任何物质的物质的量不变，浓度不变，反应速率不变分析判断；

③根据转化率=×100%计算。

(1)在容积为2 L的密闭容器中，发生反应：A(g)+2B(g)3C(g)+nD(g)，在反应开始时A为4 mol，B为6 mol，5 min末时测得C的物质的量为3 mol，则反应消耗A的物质的量是1 mol，则此时A的物质的量为4 mol-1 mol=3 mol，由于容器的容积是2 L，所以此时A的浓度c(A)==1.5 mol/L；

(2)根据方程式A(g)+2B(g)3C(g)+nD(g)可知：每反应产生3 mol C，就会同时消耗2 mol B，则前5 min内用B表示的化学反应速率v(B)==0.2 mol/(L·min)；

(3)用不同物质的反应速率表示时，速率之比等于化学计量数之比，则v(B)：v(D)=0.2 mol/(L•min)：0.2 mol/(L•min)=2：n，故n=2；

(4)①=5；②=3；③=1.5；④=4；可见在上述数值中最大值是5，故表示的反应速率最快的序号是①；

(5)①由图象可以看出，反应中X、Y的物质的量减少，Z的物质的量增多，则X、Y应为反应物，Z应为生成物，当反应进行到5 min时，△n(X)=0.6 mol，△n(Y)=0.2 mol，△n(Z)=0.4 mol，则△n(X)：△n(Y)：△n(Z)=3：1：2。由于参加反应的物质的物质的量之比等于相应物质的化学计量数之比，由于5 min后三种物质都存在，且物质的量都不变，说明该反应为可逆反应，故反应的方程式为：3X(g)+Y(g)2Z(g)；

②A. 该反应是反应前后气体的物质的量改变的反应，若反应未达到平衡，则气体Y的物质的量及总物质的量都会发生变化，因此Y的体积分数在混合气体中保持不变，说明反应达到平衡状态，A正确；

B. 根据反应方程式可知X、Y在任何时刻变化的物质的量的比都等于3：1，用X、Y表示的速率比也等于3：1，不能据此判断反应是否处于平衡状态，B错误；

C. 该反应在恒容密闭容器中进行，由于该反应是反应前后气体的物质的量改变的反应，若反应达到平衡状态，则气体的物质的量不变，则容器内气体压强保持不变，C正确；

D. 任何反应发生，无论反应进行的程度如何，都符合质量守恒定律，因此不能根据容器内气体的总质量保持不变判断反应是否处于平衡状态，D错误；

D. 生成1 mol Y的同时消耗2 mol Z表示的都是反应逆向进行，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，E错误；

故合理选项是AC；

③在反应开始时加入Y是1.0 mol，在2 min时Y的物质的量为0.9 mol，则反应消耗的Y物质的量是1 mol-0.9 mol=0.1 mol，故2 min时Y的转化率=×100%=10%。