题目
某温度下,在rm(2L)的密闭容器中,加入rm(1molX(g))和rm(2molY(g))发生反应:rm(X(g)+mY(g)⇌3Z(g)),平衡时,rm(X)、rm(Y)、rm(Z)的体积分数分别为rm(30%)、rm(60%)、rm(10%),在此平衡体系中加入rm(1molZ(g)),再将达到平衡后,rm(X)、rm(Y)、rm(Z)的体积分数不变rm(.)下列叙述不正确的是rm(() rm()) A.rm(m=2)B.两次平衡的平衡常数相同C.rm(X)与rm(Y)的平衡转化率之比为rm(1):rm(1)D.第二次平衡时,rm(Z)的浓度为rm(0.4mol⋅L^-1)
某温度下,在$\rm{2L}$的密闭容器中,加入$\rm{1molX(g)}$和$\rm{2molY(g)}$发生反应:$\rm{X(g)+mY(g)⇌3Z(g)}$,平衡时,$\rm{X}$、$\rm{Y}$、$\rm{Z}$的体积分数分别为$\rm{30\%}$、$\rm{60\%}$、$\rm{10\%}$,在此平衡体系中加入$\rm{1molZ(g)}$,再将达到平衡后,$\rm{X}$、$\rm{Y}$、$\rm{Z}$的体积分数不变$\rm{.}$下列叙述不正确的是$\rm{(}$ $\rm{)}$
- A.$\rm{m=2}$
- B.两次平衡的平衡常数相同
- C.$\rm{X}$与$\rm{Y}$的平衡转化率之比为$\rm{1}$:$\rm{1}$
- D.第二次平衡时,$\rm{Z}$的浓度为$\rm{0.4mol⋅L^{-1}}$
题目解答
答案
$\rm{D}$
解析
本题考查化学平衡的计算与等效平衡的判断。关键点在于:
- 确定化学计量数m:通过体积分数建立平衡关系,结合反应式求解。
- 等效平衡的判断:加入Z后体积分数不变,说明两次平衡等效,需分析反应式两边气体物质的量总和是否相等。
- 平衡转化率与浓度计算:根据等效平衡的性质,推导浓度变化。
确定化学计量数m
- 设定变量:设反应中X的转化量为$x$ mol,则Y的转化量为$m x$ mol,Z的生成量为$3x$ mol。
- 平衡时物质的量:
- $n(X) = 1 - x$,$n(Y) = 2 - m x$,$n(Z) = 3x$。
- 体积分数关系:
- 总物质的量:$n_{\text{总}} = (1 - x) + (2 - m x) + 3x = 3 + (2 - m)x$。
- 根据体积分数:
$\frac{1 - x}{3 + (2 - m)x} = 0.3, \quad \frac{2 - m x}{3 + (2 - m)x} = 0.6$
- 解方程:联立解得$m = 2$,验证符合题意。
等效平衡分析
- 反应式为$\rm{X + 2Y ⇌ 3Z}$,反应前后气体总物质的量相等($1 + 2 = 3$)。
- 加入1 mol Z等效于起始加入$\frac{1}{3}$ mol X和$\frac{2}{3}$ mol Y,与原平衡等效,故两次平衡体积分数相同。
平衡转化率与浓度计算
- 第一次平衡时:
- $n(X) = 0.9$ mol,$n(Y) = 1.8$ mol,$n(Z) = 0.3$ mol。
- 浓度:$c(X) = 0.45$ mol/L,$c(Y) = 0.9$ mol/L,$c(Z) = 0.15$ mol/L。
- 第二次平衡时:
- 等效平衡使总物质的量加倍,浓度为第一次的2倍。
- $c(Z) = 0.15 \times 2 = 0.3$ mol/L(选项D错误)。