Question

14．Ⅰ．在一個容積固定不變的密閉容器中進行反應：2X（g）+Y（g）?2Z（g），已知將2molX 和1molY充入該容器中，反應在絕熱條件下達到平衡時，Z 的物質的量為pmol．回答下列問題：
（1）若把2molX 和1molY 充入該容器時，處于狀態(tài)I，達到平衡時處于狀態(tài)II（如圖1），則該反應的熵變△S＜ 0（填：“＜，＞，=”）．該反應在低溫（填：高溫或低溫）條件下能自發(fā)進行．
（2）該反應的v-t圖象如圖2中左圖所示．若其他條件不變，僅在反應前加入合適的催化劑，則其v-t圖象如圖2中右圖所示．以下說法正確的是②③⑤．

①a₁＞a₂        ②b₁＜b₂    ③t₁＞t₂ ④圖2中陰影部分面積更大 ⑤兩圖中陰影部分面積相等
（3）若該反應在容積可變的密閉容器中發(fā)生，在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中X的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如右上圖所示．下列說法正確的是BD．
A．A、C 兩點的反應速率：A＞C
B．A、C 兩點的氣體密度：A＜C
C．B、C 兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C
D．由狀態(tài)B 到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
Ⅱ．（4）工業(yè)制取水煤氣的過程中會伴隨：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0的副反應，在500℃，以下表的物質的量（按照CO、H₂O、H₂、CO₂的順序）投入恒容密閉容器中進行上述反應，達到平衡后下列關系正確的是AD．

實驗編號	反應物投入量	平衡時H2濃度	吸收或放出的熱量	反應物轉化率
A	1、1、0、0	c1	Q1	α1
B	0、0、2、2	c2	Q2	α2
C	2、2、0、0	c3	Q3	α3

A．2c₁=c₂=c₃     B．2Q₁=Q₂=Q₃      C．α₁=α₂=α₃        D．α₁+α₂=1
（5）圖3表示上述反應，在t₁時刻達到平衡、在t₂時刻因改變某個條件濃度發(fā)生變化的情況：圖中t₂時刻發(fā)生改變的條件是升高溫度，或增加水蒸汽的量，或減少氫氣的量（寫出一種）．
若t₄時刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強增大為原先的兩倍，在圖中t₄和t₅區(qū)間內(nèi)畫出CO、CO₂濃度變化曲線，并標明物質（假設各物質狀態(tài)均保持不變）．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）正反應為氣體物質的量減小的反應，容器的容積不變，由圖可知，狀態(tài)Ⅱ的壓強大于狀態(tài)Ⅰ壓強的2倍，反應在絕熱條件下進行，說明正反應為放熱反應；正反應后氣體的物質的量減少，所以混亂度減小，△H-T△S＜0反應自發(fā)進行；
（2）加入催化劑，反應速率加快，到達平衡的時間縮短，平衡不移動，陰影部分為反應物濃度變化量，則兩圖中陰影部分面積相等；
（3）A．A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快；
B．A、C兩點都在等溫線上，反應前后氣體物質的量不變，壓強越大，容器的容積越小，而混合氣體總質量不變；
C．B、C兩點X的體積分數(shù)相同，則相同組分的體積分數(shù)相同；
D．壓強相同，升高溫度，化學平衡向吸熱反應移動；
Ⅱ．（4）各物質起始物質的量均為1：1等于化學計量數(shù)之比，結合方程式可知，故平衡時n（CO）=n（H₂O）、n（CO₂）=n（H₂），由于500℃時平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=9可知，平衡時n（CO₂）≠n（CO），則轉化率不是50%；
B中轉化到左邊可以得到2molCO、2molH₂O，恒溫恒容下B、C是完全等效平衡，平衡時相同物質的濃度相同、物質的量相同；
恒溫恒容下，C等效為在A的基礎上增大壓強，反應前后氣體體積不變，平衡不移動，反應物轉化率相等、相同物質的含量相等；
（5）在t₂時刻后CO的濃度減小、CO₂濃度增大，平衡向正反應方向移動，可以通過改變溫度、改變水蒸氣或氫氣的量實現(xiàn)；
t₄時刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強增大為原先的兩倍，則體積變?yōu)樵瓉淼囊话耄�瞬間濃度分別增大為原來的2倍，由于反應前后氣體系數(shù)相等，平衡不移動．

解答 解：Ⅰ．（1）正反應為氣體物質的量減小的反應，容器的容積不變，由圖可知，狀態(tài)Ⅱ的壓強大于狀態(tài)Ⅰ壓強的2倍，反應在絕熱條件下進行，說明正反應為放熱反應，則△H＜0；正反應后氣體的物質的量減少，所以混亂度減小，則△S＜0，△H-T△S＜0反應自發(fā)進行，該反應在低溫條件下能自發(fā)進行，
故答案為：＜；＜；低溫；
（2）加入催化劑，反應速率加快，所以b₁＜b₂，到達平衡的時間縮短，所以t₁＞t₂，平衡不移動，陰影部分為反應物濃度變化量，則兩圖中陰影部分面積相等，
故答案為：②③⑤；
（3）A． A、C兩點都在等溫線上，壓強A點小于C點，壓強越大速率越快，所以反應速率A＜C，故A錯誤；
B． A、C兩點都在等溫線上，反應前后氣體物質的量不變，壓強越大，容器的容積越小，而混合氣體總質量不變，所以氣體密度：A＜C，故B正確；
C． B、C兩點X的體積分數(shù)相同，則相同組分的體積分數(shù)相同，所以氣體的平均相對分子質量相同，故C錯誤；
D． 由狀態(tài)B到狀態(tài)A，壓強相同，溫度不同，正反應為放熱反應，升高溫度化學平衡向吸熱反應移動，X的體積分數(shù)增大，所以可以通過升溫使狀態(tài)B到狀態(tài)A，故D正確；
故答案為：BD；
Ⅱ．（4）各物質起始物質的量均為1：1等于化學計量數(shù)之比，結合方程式可知，故平衡時n（CO）=n（H₂O）、n（CO₂）=n（H₂），由于500℃時平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=9可知，平衡時n（CO₂）≠n（CO），則轉化率不是50%；
B中轉化到左邊可以得到2molCO、2molH₂O，恒溫恒容下B、C是完全等效平衡，平衡時相同物質的濃度相同、物質的量相同，則：c₂=c₃，B、C平衡時n（CO₂）≠n（CO），轉化率不是50%，故Q₂≠Q(mào)₃，設平衡時CO為ymol，則α₃=$\frac{y}{2}$，α₂=$\frac{2-y}{2}$，故α₃+α₂=1，可推知α₃≠α₂；
恒溫恒容下，C等效為在A的基礎上增大壓強，反應前后氣體體積不變，平衡不移動，反應物轉化率相等、相同物質的含量相等，則：α₁=α₃，c₃=2c₁，Q₃=2Q₁，
結合上述分析可知：2c₁=c₂=c₃ ，Q₃=2Q₁≠Q(mào)₂=Q₃ ，α₁=α₃≠α₂ ，α₁+α₂=1，
故選：AD；
（5）在t₂時刻CO的濃度減小、CO₂濃度增大，平衡向正反應方向移動，且CO和CO₂濃度變化有接觸點，所以可以通過改變升高溫度、增大水蒸氣的量或減少氫氣的量實現(xiàn)；
t₄時刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強增大為原先的兩倍，則體積變?yōu)樵瓉淼囊话�，瞬間濃度分別增大為原來的2倍，由于反應前后氣體系數(shù)相等，平衡不移動，在圖中t₄和t₅區(qū)間內(nèi)畫出CO、CO₂濃度變化曲線如圖：，
故答案為：升高溫度，或增加水蒸汽的量，或減少氫氣的量；．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡移動原理、平衡狀態(tài)判斷、化學平衡圖象等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎．