(2)在上述装置中,若需控制平衡后混合气体为6.5体积,则可采取的措施是_________,原因是_________。
解析:(1)
①化学反应:在定温、定压下进行,要使平衡状态与原平衡状态等效,只要起始时就可以达到。已知起始时各物质的体积分别为1体积N2、b体积H2和2体积。根据"等价转换"法,将2体积通过反应的化学计量数之比换算成和的体积,则相当于起始时有(1+1)体积和(b+3)体积,它们的比值为,解得b=3。
因反应前混合气体为8体积,反应后混合气体为7体积,体积差为1体积,由差量法可解出平衡时为1体积;而在起始时,的体积为c=2体积,比平衡状态时大,为达到同一平衡状态,的体积必须减小,所以平衡逆向移动。
②若需让反应逆向进行,由上述①所求出的平衡时的体积为1可知,的体积必须大于1,最大值则为2体积和6体积完全反应时产生的的体积,即为4体积,则。
(2)由6.5<7可知,上述平衡应向体积缩小的方向移动,亦即向放热方向移动,所以采取降温措施。
例4:(一)恒温、恒压下,在一个容积可变的容器中发生如下反应:
(1)若开始时放入1 mol A和1 mol B,达到平衡后,生成a mol C,这时A的物质的量为________ mol。
(2)若开始时放入3 mol A和3 mol B,达到平衡后,生成C的物质的量为_________mol。
(3)若开始时放入x mol A、2 mol B和1 mol C,达到平衡后,A和C的物质的量分别为y mol和3a mol,则x=________,y=________。平衡时,B的物质的量________(填编号)。
(甲)大于2 mol (乙)等于2 mol (丙)小于2 mol (丁)可能大于、等于或小于2 mol
(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3 mol C,待再次达到平衡后,C的物质的量分数是___________。
(二)若维持温度不变,在一个与(一)反应前起始体积相同,且容积固定的容器中发生上述反应。
(5)开始时放入1 mol A和1 mol B到达平衡后生成b mol C。将b与(1)小题中的a进行比较__________(填编号)。
(甲)a>b(乙)a
作出此判断的理由是____________。
解析:(一)
(1)由反应知,反应达平衡后,若有a mol C生成,则必有a mol A物质消耗,此时剩余A的物质的量为(1-a)mol。
(2)在恒温、恒压下,若投放3 mol A和3 mol B,则所占有的体积为(1)中的3倍。由于A、B的投放比例与(1)相同,故平衡时与(1)等效,而C的物质的量为3a mol。
(3)由于达到平衡时C的物质的量为3a mol,故此平衡状态与(2)完全相同。若把C的物质的量完全转化为A和B,A、B的物质的量应与(2)完全相等。
起始(mol): x 2 1
将C转化为A、B(mol): x+1 2+1 0
平衡时(mol): y 3-3a 3a
据题意有:,解得;,解得y=3-3a。
通过上述可知,平衡时B的物质的量为(3-3a)mol,由于该反应起始时投放的物质为A、B、C均有,即从中间状态开始达到平衡,故平衡可能向左、向右或不移动,也即3a可能大于、小于或等于1(不移动时,),故(3)中B的物质的量应为(丁)。