如图,有甲、乙两容器,甲体积可变压强不变,乙保持体积不变.向两容器中分别充入1molA、3molB,此时两容器体积均为500mL,温度为T℃.保持温度不变发生反应:
A(g)+3B(g)⇌2C(g)+D(s):△H<0
(1)下列选项中,能表明甲和乙容器中反应一定达到平衡状态的是______
A.混合气体的总质量不随时间改变; B.2v
正(C)=3v
逆(B);
C.A、B转化率相等; D.物质D的质量不随时间改变;
(2)2min后甲容器中反应达到平衡,测得C的浓度为2mol/L,此时容器的体积为______mL,B的转化率α
甲(B)为______.
(3)乙容器中反应达到平衡所需要的时间______2min(填“>”、“<”或“=”,下同),B的转化率α
乙(B)______α
甲(B)
(4)其它条件不变,甲中如果从逆反应方向开始反应建立平衡,要求平衡时C的物质的量与(2)中平衡时C的物质的量相等,则需要加入C的物质的量n(C)______mol,加入D的物质的量n (D)应该满足的条件为______.
(1)A.反应有固体生成,所以随反应进行气体的质量减小,混合气体的总质量不随时间改变,说明到达平衡,故A正确;
B.不同物质表示正逆反应速率之比等于化学计量数之比,说明反应到达平衡.2v
正(C)=3v
逆(B),则v
正(C):v
逆(B)=3:2,不等于化学计量数之比2:3,故B错误;
C.开始向两容器中分别充入1molA、3molB,且A与B按1:3反应,无论是否到达平衡A、B的转化率自始至终都相等,故C错误;
D.随反应进行气体的质量减小,物质D质量增大,物质D的质量不随时间改变,说明到达平衡,故D正确.
故选:AD.
(2)甲体积可变,压强温度不变,则反应前后混合气体的总浓度相等(单位体积内含有的混合气体的物质的量相等).
开始加入1molA、3molB,体积为500ml,则开始混合气体的总浓度为
=8mol/L.
平衡后C的浓度为2mol/L,则平衡时A、B的总的浓度为8mol/L-2mol/L=6mol/L,由于开始加入1molA、3molB,且A与B按1:3反应,所以平衡时A与B的浓度比为1:3,所以平衡时c(A)=
×6mol/L=1.5mol/L,
c(B)=6mol/L-1.5mol/L=4.5mol/L.
令平衡后的体积为VL,则平衡时n(A)=1.5Vmol,n(B)=4.5Vmol,n(C)=2Vmol.
所以 A(g)+3B(g)⇌2C(g)+D(s)
开始(mol):1 3 0 0
变化(mol):V 3V 2V V
平衡(mol):1-V 3-3V 2V V
所以1-V=1.5V,解的V=0.4,即平衡后的体积为400ml.
所以B的转化率α
甲(B)=
×100%=40%.
故答案为:400;40%.
(3)乙压强减小,甲压强不变,甲比乙压强大,压强越大反应速率越快,到达平衡的时间越短,所以乙容器中反应慢,达到平衡所需要的时间大于2min.
反应前后气体体积减小,甲比乙压强大,压强增大平衡向体积减小的方向移动,即向正反应移动,所以甲中B的转化率比乙中的大,即α
乙(B)<α
甲(B).
故答案为:>;<.
(4)平衡时C的物质的量与(2)中平衡时C的物质的量相等,则为完全等效平衡,开始1molA、3molB按化学计量数转化到右边可得n(C)=2mol,所以n(C)=2mol.
由(2)可知,平衡时C的物质的量为2Vmol=2×0.4mol=0.8mol,所以转化的C的物质的量为2mol-0.8mol=1.2mol,由方程式可知,需要D的物质的量为
×1.2mol=0.6mol,故n (D)>0.6mol
故答案为:2; n(D)>0.6mol.