(3)该温度下此反应的平衡常数表达式为________,数值是________;
(4)下列各项能表示该反应达到平衡状态是________;
A.消耗A的物质的量与生成D的物质的量之比为2∶1
B.容器中A、B的物质的量n(A)∶n(B) =2∶1
C.气体的平均相对分子质量不再变化
D.压强不再变化
E.气体密度不再变化
(5)在相同温度下,若起始时c(A)=5 mol·L-1,c(B)=6 mol·L-1,反应进行一段时间后,测得A的浓度为3 mol·L-1,则此时该反应是否达到平衡状态?________(填"是"或"否"),此时v(正)________v(逆)(填">"、"="或"<")。
解析:(1)根据C的反应速率,可知10 s时,
n(C)=0.022 5 mol·L-1·s-1×10 s×2 L=0.45 mol,
由题意,列式:2A(g)+B(g) xC(g)+D(s)
起始(mol): 2 2 0 0
转化(mol): 0.3 0.45
10 s时(mol): 1.7 0.45
计算得:x=3。
(2)40 s时反应恰好处于平衡状态,此时B的转化率为20%,这段时间消耗B的物质的量为2 mol×20%=0.4 mol,
列式: 2A(g)+B(g) 3C(g)+D(s)
起始(mol): 2 2 0 0
转化(mol): 0.8 0.4 1.2
平衡(mol): 1.2 1.6 1.2
经计算,平衡时B的体积分数为40%。
(3)根据反应方程式,平衡常数的表达式为K=,将平衡时的浓度带入计算,其数值为0.75。
(4)题给反应为体积不变,气体质量减小的反应,建立平衡的过程中气体的平均相对分子质量、气体的密度一直再变化,这两个物理量不变时即达到平衡。
(5)根据物质的转化关系,各种物质的该时刻浓度为c(A)=3 mol·L-1,c(B)=5 mol·L-1,c(C)=3 mol·L-1,Qc==0.6<0.75,此时未达到平衡状态,反应向正反应方向进行,v(正)>v(逆)。
答案:(1)3 (2)40% (3)K= 0.75
(4)CE (5)否 >
13.实现 "节能减排" 和"低碳经济"的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),下图1表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化:
(1)为探究反应原理,现进行如下实验,在体积为2 L的密闭容器中,充入2 mol CO2和8 mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的物质的量随时间变化的关系如上图2所示。
①从反应开始到平衡,CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)=________;
②该反应的平衡常数表达式K=________。