Question

3．Ⅰ．如圖所示，甲、乙之間的隔板K和活塞F都可左右移動，甲中充入2molA和1molB，乙中充入2molC和1molHe，此時K停在0處．在一定條件下發(fā)生可逆反應：2A（g）+B（g）?2C（g）； 反應達到平衡后，再恢復至原溫度．回答下列問題：
（1）達到平衡時，隔板K最終停留在0刻度左側(cè)a處，則a的取值范圍是0＜a＜2．
（2）若達到平衡時，隔板K最終停留在左側(cè)刻度1處，此時甲容積為2L，反應化學平衡常數(shù)為4．
（3）若達到平衡時，隔板K最終停留在左側(cè)刻度靠近0處，則乙中可移動活塞F最終停留在右側(cè)的刻度不大于8．
Ⅱ．若一開始就將K、F固定，其它條件均不變，則達到平衡時：
（1）測得甲中A的轉(zhuǎn)化率為b，則乙中C的轉(zhuǎn)化率為1-b；
（2）假設(shè)乙、甲兩容器中的壓強比用d表示，則d的取值范圍是$\frac{4}{3}$＜d＜$\frac{3}{2}$．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）該反應正向為體積縮小的反應，當物質(zhì)的量不變時平衡，此時隔板K、F不再移動，根據(jù)可逆反應的特征分析；
（2）根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式的概念，結(jié)合條件中給出的可逆反應方程式解答；
（3）根據(jù)等效平衡和可逆反應的特征判斷；
Ⅱ．（1）體積固定，恒溫、恒壓容器中，兩邊達到平衡的狀態(tài)相同，乙中的氦氣對平衡無影響；體積不變，兩邊轉(zhuǎn)化結(jié)果相同，左邊甲容器中A轉(zhuǎn)化了2b，右邊乙容器中含有2b的C，依據(jù)轉(zhuǎn)化率概念計算得到；
（2）根據(jù)壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，依據(jù)極值分析判斷．

解答 解：Ⅰ．（1）根據(jù)反應式2A（g）+B（g）?2C（g） 可知反應達平衡時氣體物質(zhì)的量減小，當物質(zhì)的量不變時平衡，此時隔板K、F不再移動，當乙中沒有He氣時，甲中充入2molA、1molB，與乙中充入2molC到達平衡狀態(tài)時，為等效的，即兩邊氣體的物質(zhì)的量相等，隔板應位于中間0處，此后向乙中再充入1molHe氣，會使乙中氣體壓強增大，隔板向甲的方向移動，會使甲中的反應向正向移動，再次到達平衡時，隔板位于a處，通過觀察，當反應未開始時隔板位于0處，每一個格相當于0.5mol氣體．隔板在a處時，甲中的氣體為0.5×（6-a）mol．
設(shè)甲中反應到達平衡時，有xmolB發(fā)生反應，
           2A（g）+B（g）?2C（g）
開始（mol）  2      1       0  
轉(zhuǎn)化（mol）   2x     x       2x
平衡（mol）  （2-2x）  （1-x）   2x
（2-2x）+（1-x）=（6-a）×0.5     0.5a=x
當B完全反應時，x=1，a取最大，即a=2
2molA和1molB完全反應時生成2molC，根據(jù)可逆反應不能進行到底可知：K停留在0～2之間某位置，
故答案為：0＜a＜2；
（2）根據(jù)題中的條件，當?shù)竭_平衡時，隔板位于左側(cè)1處，則說明乙端的相當有7個格，即乙中平衡時氣體的物質(zhì)的量為3.5mol，其中He為1mol．
設(shè)乙中到達平衡時有ymolC反應
            2C（g）?2A（g）+B（g）
開始（mol）  2         0       0       
轉(zhuǎn)化（mol）   y         y      $\frac{1}{2}$y
平衡（mol）  （2-y）    y       $\frac{1}{2}$y 
（2-y）+y+$\frac{1}{2}$y=2.5    y=1，
則甲中C的物質(zhì)的量為1mol，A的物質(zhì)的量為1mol，B的物質(zhì)的量為0.5mol，甲容積為2L，
根據(jù)化學平常數(shù)表達式的概念，生成物濃度計量系數(shù)次方的乘積與反應物濃度計量系數(shù)次方的乘積的比值，K=$\frac{{c}^{2}（C）}{{c}^{2}（A）•c（B）}$=$\frac{0．{5}^{2}}{0．{5}^{2}×0.25}$=4，
故答案為：4；    
（3）根據(jù)題中信息可知，甲和乙是在恒溫恒壓條件下的反應，屬于等效平衡，若平衡時K停留在0處，說明甲中平衡混合物為3mol，如乙平衡不移動，乙中為C和He，共4mol，體積為8，F(xiàn)應停留在8處，但因為等同于此時再向乙中通入1molHe，2C（g）?2A（g）+B（g），會使乙中氣體壓強增大，隔板向甲的方向移動，則活塞F應停留在右側(cè)不大于8處，
故答案為：8；
Ⅱ．（1）體積固定，恒溫、恒壓容器中，兩邊達到平衡的狀態(tài)相同，乙中的氦氣對平衡無影響；體積不變，兩邊轉(zhuǎn)化結(jié)果相同，左邊甲容器中甲中A的轉(zhuǎn)化率為b，則A轉(zhuǎn)化了2b，右邊乙容器中含有2b的C物質(zhì)，乙中C的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2-2b}{2}$=1-b；
故答案為：1-b；
（2）此題仍要考慮兩種極限情況，即乙、甲完全轉(zhuǎn)化與乙、甲完全不轉(zhuǎn)化，當乙完全不轉(zhuǎn)化、甲完全轉(zhuǎn)化時，恒容，d=$\frac{{P}_{乙}}{{P}_{甲}}$=$\frac{{n}_{乙}}{{n}_{甲}}$=$\frac{3}{2}$；當乙完全轉(zhuǎn)化、甲完全不轉(zhuǎn)化時，恒容，d=$\frac{{P}_{乙}}{{P}_{甲}}$=$\frac{{n}_{乙}}{{n}_{甲}}$=$\frac{4}{3}$，因此d的取值范圍是$\frac{4}{3}$＜d＜$\frac{3}{2}$，
故答案為：$\frac{4}{3}$＜d＜$\frac{3}{2}$．

點評 本題綜合考查化學平衡的基本知識，為高考常見題型，側(cè)重于學生的分析、計算能力的考查，題目涉及平衡狀態(tài)的判斷，化學平衡移動原理的應用，化學平衡的計算等知識，注意分析反應的可逆性特征和兩容器壓強相等，這兩個角度是解答該題的關(guān)鍵，題目較難．