Question

11．在1.0L密閉容器中放入0.10molA（g），在一定溫度進(jìn)行如下反應(yīng)：
A（g）?B（g）+C（g）△H=+285.1kJ•mol^-1
反應(yīng)時(shí)間（t）、容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)（P）和A的物質(zhì)的量濃度的數(shù)據(jù)見下表：

時(shí)間t/h	0	1	2	4	8	16
總壓強(qiáng)p/100kPa	4.91	5.58	6.32	7.31	8.54	8.54
c（A）/（mol•L-1）	0.10	0.086	0.071	0.051	a	a

回答下列問題：
（1）上述反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的條件是高溫．
（2）由總壓強(qiáng)P和起始壓強(qiáng)P₀表示反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率α（A）的表達(dá)式為（$\frac{P}{{P}_{0}}$-1）×100%．根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算平衡時(shí)A的轉(zhuǎn)化率為73.9%．
（3）用氣體的平衡分壓（分壓=總壓×物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)）代替平衡濃度表示該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K_P=$\frac{{α}^{2}（A）}{[1+α（A）]×[1-α（A）]}P$（用含α（A）和P的式子表示）．
（4）由總壓強(qiáng)P和起始壓強(qiáng)P₀表示反應(yīng)體系的總物質(zhì)的量n_總和反應(yīng)物A的物質(zhì)的量n（A），
n_總=0.1×$\frac{P}{{P}_{0}}$mol，n（A）=0.1×（2-$\frac{P}{{P}_{0}}$）mol，根據(jù)上表計(jì)算a=0.026mol/L．
（5）由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到反應(yīng)速率與反應(yīng)物和生成物物質(zhì)的量濃度的關(guān)系可用圖表示．當(dāng)升高到某一溫度時(shí)反應(yīng)重新達(dá)到平衡，相應(yīng)的點(diǎn)分別為a、d．

Answer 1

分析 （1）G=△H-T△S，△G為自由能變化，△H為焓變，T為熱力學(xué)溫度，△S熵變，當(dāng)△G＜0時(shí)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，△G＞0時(shí)反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，據(jù)此分析判斷；
（2）相同條件下壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，反應(yīng)前后物質(zhì)的量的增大等于反應(yīng)的A的物質(zhì)的量，結(jié)合轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算得到；
（3）化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，K_p的表達(dá)式是將平衡分壓代替平衡濃度，某物質(zhì)的平衡分壓=總壓×該物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；
（4）同溫同壓下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，根據(jù)A（g）?B（g）+C（g），反應(yīng)前后增大的物質(zhì)的量為反應(yīng)的A的物質(zhì)的量，結(jié)合表中壓強(qiáng)與物質(zhì)的量的關(guān)系計(jì)算；
（5）升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均加快，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)建立平衡，平衡時(shí)A的物質(zhì)的量濃度減小，逆反應(yīng)建立平衡，平衡時(shí)B、C的物質(zhì)的量濃度增大．

解答 解：（1）反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行需要滿足，△H-T△S＜0，依據(jù)題干條件可知，A（g）?B（g）+C（g）△H=+285.1kJ•mol^-1，正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，△S＞0，正反應(yīng)吸熱，△H=+285.1kJ•mol^-1＞0，所以反應(yīng)一定是在高溫條件下才能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：高溫；
（2）反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大量等于反應(yīng)的A的量，所以由總壓強(qiáng)p和起始壓強(qiáng)p₀計(jì)算反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率α（A）的表達(dá)式=$\frac{P-{P}_{0}}{{P}_{0}}$×100%=（$\frac{P}{{P}_{0}}$-1）×100%；
平衡時(shí)A的轉(zhuǎn)化率α（A）=（$\frac{8.54}{4.91}$-1）×100%=73.9%，
故答案為：（$\frac{P}{{P}_{0}}$-1）×100%；73.9；
（3）反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率α（A），A（g）?B（g）+C（g），
                            起始（mol/L）：0.1                     0                  0
                            變化（mol/L）：0.1α（A）         0.1α（A）     0.1α（A）
                           終了（mol/L）：0.1-0.1α（A）     0.1α（A）    0.1α（A）
化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，物質(zhì)的平衡分壓=總壓×該物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，所以平衡常數(shù)K_P=$\frac{\frac{0.1α（A）}{[0.1+0.1α（A）]}p×\frac{0.1α（A）}{[0.1+0.1α（A）]}p}{\frac{0.1+0.1α（A）}{[0.1+0.1α（A）]}P}$=$\frac{{α}^{2}（A）}{[1+α（A）]×[1-α（A）]}P$，
故答案為：$\frac{{α}^{2}（A）}{[1+α（A）]×[1-α（A）]}P$；

（4）總壓強(qiáng)用P表示，起始壓強(qiáng)用P₀表示，同溫同壓下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，$\frac{{P}_{0}}{0.1}=\frac{P}{{n}_{總}}$，n_總=0.1×$\frac{P}{{P}_{0}}$，A（g）?B（g）+C（g），反應(yīng)過程中，n（A）消耗：n總=（P-P₀）：P，A物質(zhì)的量n（A）=0.1-n（A）_消耗=0.1-n_總×$\frac{P-{P}_{0}}{P}$=0.1-0.1×$\frac{P}{{P}_{0}}$×$\frac{P-{P}_{0}}{P}$=0.1×（2-$\frac{P}{{P}_{0}}$）mol，總壓強(qiáng)P=8.54×100kPa時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，P₀=4.91×100KPa，A的轉(zhuǎn)化率α（A）的表達(dá)式=$\frac{P-{P}_{0}}{{P}_{0}}$×100%=$\frac{8.54-4.91}{4.91}$×100%；c（A）=$\frac{（0.1-0.1×\frac{8.54-4.91}{4.91}）mol}{1L}$≈0.026mol/L，

故答案為：0.1×$\frac{P}{{P}_{0}}$；0.1×（2-$\frac{P}{{P}_{0}}$）；c（A）=0.026mol/L；
（5）對于A（g）?B（g）+C（g），△H=+285.1kJ•mol^-1反應(yīng)建立平衡時(shí)：升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均加快，因此排除C點(diǎn)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，因此平衡正向移動(dòng)，再次平衡時(shí)A的物質(zhì)的量濃度減小，因此排除b點(diǎn)，故選a點(diǎn)；對于A（g）?B（g）+C（g），反應(yīng)建立平衡時(shí)：升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均加快，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，因此平衡逆向移動(dòng)，再次平衡時(shí)B、C的物質(zhì)的量濃度增大，故選d點(diǎn)，
故答案為：a、d．

點(diǎn)評 本題考查壓強(qiáng)關(guān)系和物質(zhì)的量的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡計(jì)算方法，圖表數(shù)據(jù)處理方法的分析判斷，側(cè)重考查學(xué)生自學(xué)能力、分析解決問題的能力，注意表中數(shù)據(jù)為壓強(qiáng)關(guān)系和物質(zhì)的量的關(guān)系，題目難度中等．