Question

15．將1molI₂（g）和2molH₂（g）置于某2L密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生反應：I₂（g）+H₂（g）?2HI（g）△H＜0，并在10min時達到平衡．HI的體積分數(shù)φ（HI）隨時間變化如圖所示曲線（Ⅱ）．
（1）在此條件下，下列能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是BC （填序號）．
A．混合氣體密度不再變化
B．反應混合物中H₂的濃度不變
C．混合氣體的顏色不再變化
D．每消耗1molH₂同時消耗1molI₂
（2）在達平衡過程中用HI（g）表示的反應速率為0.09mol•L^-1•min^-1；I₂（g）的平衡轉化率為90%．
（3）在此溫度下，該反應的平衡常數(shù)K=29.5（保留一位小數(shù)），若保持溫度、體積不變，向已平衡的體系中再充入I₂（g）和HI（g）各1mol，此時平衡向右移動（填“向左移動”“向右移動”或“不移動”）．
（4）若改變反應條件，在某條件下φ（HI）的變化如曲線（Ⅰ）所示，則該條件可能是②④（填序號）．
①恒容條件下，降低溫度
②恒溫條件下，縮小反應容器體積
③恒溫條件下，擴大反應容器體積
④恒溫、恒容條件下，加入適當催化劑
（5）若保持溫度不變，在另一相同的2L密閉容器中加入amolI₂（g）、bmolH₂（g）和cmolHI（g）（a、b、c均大于0），發(fā)生反應達平衡時，HI體積分數(shù)仍為0.60，則a、b、c的關系為4a+c=2b（用一個含a、b、c的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）當化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理性不變；
（2）達到平衡狀態(tài)下HI（g）表示的反應速率v=$\frac{△c}{△t}$，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（3）平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；若保持溫度、體積不變，向已平衡的體系中再充入I₂（g）和HI（g）各1mol，計算濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應進行的方向；
（4）該反應是一個反應前后氣體體積不變的可逆反應，改變條件時，該反應中HI的體積分數(shù)不變，說明改變體積平衡不移動，改變條件時到達平衡的時間縮短，說明加快反應速率，改變的條件可能是增大壓強、加入催化劑；
（5）運用等效平衡判斷，恒溫恒容，前后氣體體積不變化，按化學計量數(shù)轉化到左邊，滿足與原來加入的反應物物質的量比例相等即可．

解答 解：（1）I₂（g）+H₂（g）?2HI（g）△H＜0，反應為氣體體積不變的放熱反應，
A．反應前后氣體質量和體積不變，混合氣體密度不再變化不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．反應混合物中H₂的濃度不變是平衡標志，故B正確；
C．混合氣體中碘蒸氣有顏色，混合氣體的顏色不再變化，說明碘單質濃度不變，反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．每消耗1molH₂同時消耗1molI₂ 反應正向進行，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：B C；
（2）將1molI₂（g）和2molH₂（g）置于某2L密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生反應，并在10min時達到平衡，設反應碘單質物質的量x，
                           I₂（g）+H₂（g）?2HI（g）△H＜0，
起始量（mol）     1             2               0
變化量（mol）     x             x               2x
平衡量（mol）   1-x           2-x              2x
碘化氫體積分數(shù)0.6，$\frac{2x}{3}$=0.6
x=0.9mol，
在達平衡過程中用HI（g）表示的反應速率=$\frac{\frac{2xmol}{2L}}{10min}$=0.09 mol•L^-1•min^-1，
I₂（g）的平衡轉化率=$\frac{0.9mol}{1mol}$×100%=90%，
故答案為：0.09 mol•L^-1•min^-1； 90%；
（3）依據(jù)（2）計算結果計算得到平衡濃度c（H₂）=$\frac{1.1mol}{2L}$=0.55mol/L，c（I₂）=$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L，c（HI）=$\frac{2×0.9mol}{2L}$=0.9mol/L，
平衡常數(shù)K=$\frac{0．{9}^{2}}{0.55×0.05}$=29.5，若保持溫度、體積不變，向已平衡的體系中再充入I₂（g）和HI（g）各1mol，
平衡濃度c（H₂）=0.55mol/L，c（I₂）=$\frac{1-0.9+1}{2}$mol/L=0.55mol/L，c（HI）=$\frac{1.8+1}{2}$=1.4mol/L
Qc=$\frac{1．{4}^{2}}{0.55×0.55}$=6.49＜K=29.5，平衡正向進行，平衡向右移動，
故答案為：29.5；向右移動；
（4）φ（HI）的變化如曲線（Ⅰ） 所示，反應時間縮短，碘化氫的含量不變，說明該條件只增大了反應速率不影響平衡，增大壓強和加入催化劑對該反應平衡無影響，但都增大反應速率，縮短反應時間，
①恒容條件下，降低溫度，反應速率減小，達到平衡所需時間變長，平衡變化，故①錯誤；
②恒溫條件下，縮小反應容器體積，增大壓強，反應速率增大，反應前后氣體體積不變平衡不變，故②正確；
③恒溫條件下，擴大反應容器體積，壓強減小，反應速率減小，故③錯誤；
④恒溫、恒容條件下，加入適當催化劑，加快反應速率，平衡不變，故④正確，
故答案為：②④；
（5）若保持溫度不變，在另一個相同的2L密閉容器中加入a mol I₂（g）、b mol H₂（g）和c mol HI（a、b、c均大于0），發(fā)生反應，達平衡時，HI的體積分數(shù)仍為0.6，與原來的平衡是等效平衡，恒溫恒容，前后氣體體積不變化，按化學計量數(shù)轉化到左邊，滿足與原來加入的反應物物質的量比例相等即可；
  對于反應     I₂（g）+H₂（g）?2HI（g）；
開始（mol）：a        b                c
變化（mol）：$\frac{1}{2}$c      $\frac{1}{2}$c               c
平衡（mol）：a+$\frac{1}{2}$c     b+$\frac{1}{2}$c             0
則（a+$\frac{1}{2}$c ）：（ b+$\frac{1}{2}$c）=1：2，
所以4a+c=2b，
故答案為：4a+c=2b．

點評 本題考查了反應速率的計算以及物質的量濃度、外界條件對化學反應平衡移動的影響等知識點，根據(jù)原子守恒計算平衡時碘的濃度，再結合圖象中反應時間、HI的體積分數(shù)確定改變條件，注意：無論放熱反應還是吸熱反應，溫度都改變化學平衡移動，為易錯點，題目難度中等；