Question

在T℃時，向1 L固定體積的密閉容器M中加入2 mol X和1 mol Y，發生如下反應：2X(g)＋Y(g) aZ(g)＋W(g) ΔH＝－Q kJ/mol(Q＞0)；該反應達到平衡后，放出的熱量為Q₁ kJ，物質X的轉化率為α；若平衡后再升高溫度，混合氣體的平均相對分子質量減小。
請回答下列問題：
(1)化學計量數a的值為________。
(2)下列能說明該反應達到了化學平衡狀態的是________(填序號)。
a．容器內壓強一定
b．容器內氣體的密度一定
c．容器內Z的分子數一定
d．容器內氣體的質量一定
(3)維持T℃溫度不變，若起始時向容器M中加入2 mol X、1 mol Y和1 mol Ar(稀有氣體不參與反應)，則反應達到平衡后放出的熱量是________kJ。
(4)維持T℃溫度不變，若在一個和原容器體積相等的恒壓容器N中加入2 mol X和1 mol Y，發生題給反應并達到平衡，則________(填“M”或“N”)容器中的反應先達到平衡狀態，容器中X的質量分數M________N(填“＞”、“＜”或“＝”)。
(5)已知：該反應的平衡常數隨溫度的變化情況如表所示：

溫度/℃	200	250	300	350
平衡常數K	9.94	5.2	1	0.5

 
若在某溫度下，2 mol X和1 mol Y在容器M中反應并達到平衡，X的平衡轉化率為50%，則該溫度為________℃。
(6)維持T℃溫度不變，若起始時向容器M中加入4 mol X和6 mol Y，反應達到平衡時容器內的分子數目減少10%，則反應中放出的熱量為________kJ。

Answer 1

（14分）(1)1  (2)ac  (3)Q₁  (4) N  >   (5)  350   (6) Q

試題分析：（1）該反應是一個放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，混合氣體的平均相對分子質量減小。由于混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，氣體的質量不變，則氣體反應物計量數之和大于氣體生成物計量數之和，所以a只能等于1。
（2）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態，據此可以判斷。a、由于反應前后氣體的化學計量數之和不相等，因此在反應過程中壓強是變化的，而平衡時壓強不再發生變化，所以當壓強不再發生變化時，可以說明達到平衡狀態，故a正確；b、密度是混合氣的質量和容器容積的比值，由于是在固定體積的容器中反應，在反應過程中質量和容積始終是不變的，則無論是否達到平衡狀態，密度都不變，故b錯誤；c、反應達到平衡狀態時，物質的濃度、含量、質量等不再發生變化，則平衡時容器內Z分子數一定，故c正確；d、反應物和生成物都是氣體，無論是否達到平衡狀態，容器內氣體的質量都一定，故d錯誤，答案選ac。
（3）若起始時向容器M中加入2molX、1molY和1molAr（稀有氣體不參與反應），X和Y的濃度不變，所以其轉化率不變，該反應達到平衡狀態時，放出的熱量不變為Q₁kJ。
（4）由于正方應是體積減小的可逆反應，即在恒溫恒容條件下，容器內氣體的壓強是減小的。所以該條件下，恒壓與恒容相比，相當于增大壓強，壓強越大，反應速率越大，反應到達平衡的時間越短，即N容器首先達到平衡狀態。增大壓強平衡向正反應方向移動，則X的質量分數減小，即M>N。
（5）2molX和1molY在容器M中反應并達到平衡，x的平衡轉化率為50%，則平衡時，c(X)＝(1?50%)×2moL÷1L＝1mol/L。根據方程式可知平衡時c(Y)＝1mol/L－1mol/L×＝0.5mol/L。生成Z、W的濃度c(Z)＝c(W)＝2mol/L×50%×＝0.5mol/L。則根據化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值可知，平衡常數K＝＝＝0.5，所以根據表中數據可知其溫度是350℃。
（6）同一容器中，物質的分子數之比等于物質的量之比，當反應達到平衡時容器內的分子數目減少10%時，氣體的物質的量減少10%，即氣體的物質的量減少（4+6）mol×10%＝1mol，根據2X(g)＋Y(g) Z(g)＋W(g) ΔH＝－Q kJ/mol可知，當氣體的物質的量減少1mol時參加反應的X的物質的量是2mol，所以反應中放出的熱量為QkJ。