Question

14．Ⅰ．在一个容积固定不变的密闭容器中进行反应：2X（g）+Y（g）?2Z（g），已知将2molX 和1molY充入该容器中，反应在绝热条件下达到平衡时，Z 的物质的量为pmol．回答下列问题：
（1）若把2molX 和1molY 充入该容器时，处于状态I，达到平衡时处于状态II（如图1），则该反应的熵变△S＜ 0（填：“＜，＞，=”）．该反应在低温（填：高温或低温）条件下能自发进行．
（2）该反应的v-t图象如图2中左图所示．若其他条件不变，仅在反应前加入合适的催化剂，则其v-t图象如图2中右图所示．以下说法正确的是②③⑤．

①a₁＞a₂        ②b₁＜b₂    ③t₁＞t₂ ④图2中阴影部分面积更大 ⑤两图中阴影部分面积相等
（3）若该反应在容积可变的密闭容器中发生，在温度为T₁、T₂时，平衡体系中X的体积分数随压强变化曲线如右上图所示．下列说法正确的是BD．
A．A、C 两点的反应速率：A＞C
B．A、C 两点的气体密度：A＜C
C．B、C 两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
D．由状态B 到状态A，可以用加热的方法
Ⅱ．（4）工业制取水煤气的过程中会伴随：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0的副反应，在500℃，以下表的物质的量（按照CO、H₂O、H₂、CO₂的顺序）投入恒容密闭容器中进行上述反应，达到平衡后下列关系正确的是AD．

实验编号	反应物投入量	平衡时H2浓度	吸收或放出的热量	反应物转化率
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）图3表示上述反应，在t₁时刻达到平衡、在t₂时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况：图中t₂时刻发生改变的条件是升高温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量（写出一种）．
若t₄时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，在图中t₄和t₅区间内画出CO、CO₂浓度变化曲线，并标明物质（假设各物质状态均保持不变）．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）正反应为气体物质的量减小的反应，容器的容积不变，由图可知，状态Ⅱ的压强大于状态Ⅰ压强的2倍，反应在绝热条件下进行，说明正反应为放热反应；正反应后气体的物质的量减少，所以混乱度减小，△H-T△S＜0反应自发进行；
（2）加入催化剂，反应速率加快，到达平衡的时间缩短，平衡不移动，阴影部分为反应物浓度变化量，则两图中阴影部分面积相等；
（3）A．A、C两点都在等温线上，压强越大，反应速率越快；
B．A、C两点都在等温线上，反应前后气体物质的量不变，压强越大，容器的容积越小，而混合气体总质量不变；
C．B、C两点X的体积分数相同，则相同组分的体积分数相同；
D．压强相同，升高温度，化学平衡向吸热反应移动；
Ⅱ．（4）各物质起始物质的量均为1：1等于化学计量数之比，结合方程式可知，故平衡时n（CO）=n（H₂O）、n（CO₂）=n（H₂），由于500℃时平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=9可知，平衡时n（CO₂）≠n（CO），则转化率不是50%；
B中转化到左边可以得到2molCO、2molH₂O，恒温恒容下B、C是完全等效平衡，平衡时相同物质的浓度相同、物质的量相同；
恒温恒容下，C等效为在A的基础上增大压强，反应前后气体体积不变，平衡不移动，反应物转化率相等、相同物质的含量相等；
（5）在t₂时刻后CO的浓度减小、CO₂浓度增大，平衡向正反应方向移动，可以通过改变温度、改变水蒸气或氢气的量实现；
t₄时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，则体积变为原来的一半，瞬间浓度分别增大为原来的2倍，由于反应前后气体系数相等，平衡不移动．

解答 解：Ⅰ．（1）正反应为气体物质的量减小的反应，容器的容积不变，由图可知，状态Ⅱ的压强大于状态Ⅰ压强的2倍，反应在绝热条件下进行，说明正反应为放热反应，则△H＜0；正反应后气体的物质的量减少，所以混乱度减小，则△S＜0，△H-T△S＜0反应自发进行，该反应在低温条件下能自发进行，
故答案为：＜；＜；低温；
（2）加入催化剂，反应速率加快，所以b₁＜b₂，到达平衡的时间缩短，所以t₁＞t₂，平衡不移动，阴影部分为反应物浓度变化量，则两图中阴影部分面积相等，
故答案为：②③⑤；
（3）A． A、C两点都在等温线上，压强A点小于C点，压强越大速率越快，所以反应速率A＜C，故A错误；
B． A、C两点都在等温线上，反应前后气体物质的量不变，压强越大，容器的容积越小，而混合气体总质量不变，所以气体密度：A＜C，故B正确；
C． B、C两点X的体积分数相同，则相同组分的体积分数相同，所以气体的平均相对分子质量相同，故C错误；
D． 由状态B到状态A，压强相同，温度不同，正反应为放热反应，升高温度化学平衡向吸热反应移动，X的体积分数增大，所以可以通过升温使状态B到状态A，故D正确；
故答案为：BD；
Ⅱ．（4）各物质起始物质的量均为1：1等于化学计量数之比，结合方程式可知，故平衡时n（CO）=n（H₂O）、n（CO₂）=n（H₂），由于500℃时平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=9可知，平衡时n（CO₂）≠n（CO），则转化率不是50%；
B中转化到左边可以得到2molCO、2molH₂O，恒温恒容下B、C是完全等效平衡，平衡时相同物质的浓度相同、物质的量相同，则：c₂=c₃，B、C平衡时n（CO₂）≠n（CO），转化率不是50%，故Q₂≠Q₃，设平衡时CO为ymol，则α₃=$\frac{y}{2}$，α₂=$\frac{2-y}{2}$，故α₃+α₂=1，可推知α₃≠α₂；
恒温恒容下，C等效为在A的基础上增大压强，反应前后气体体积不变，平衡不移动，反应物转化率相等、相同物质的含量相等，则：α₁=α₃，c₃=2c₁，Q₃=2Q₁，
结合上述分析可知：2c₁=c₂=c₃ ，Q₃=2Q₁≠Q₂=Q₃ ，α₁=α₃≠α₂ ，α₁+α₂=1，
故选：AD；
（5）在t₂时刻CO的浓度减小、CO₂浓度增大，平衡向正反应方向移动，且CO和CO₂浓度变化有接触点，所以可以通过改变升高温度、增大水蒸气的量或减少氢气的量实现；
t₄时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，则体积变为原来的一半，瞬间浓度分别增大为原来的2倍，由于反应前后气体系数相等，平衡不移动，在图中t₄和t₅区间内画出CO、CO₂浓度变化曲线如图：，
故答案为：升高温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量；．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡移动原理、平衡状态判断、化学平衡图象等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础．