Question

2．五氯化磷（PCl₅）是有機合成中重要的氯化劑，可以有三氯化磷（PCl₃）氯化得到：
PCl₃（g）+Cl₂（g）?PCl₅（g）△H=-93.0kJ•mol^-1．某溫度下，在容積恒定為2.0L的密閉容器中充入2.0molPCl₃和1.0molCl₂，一段時間后反應達平衡狀態(tài)，實驗數據如表所示：

t/s	0	50	150	250	350
n（PCl5）/mol	0	0.24	0.36	0.40	0.40

（1）0～150s內的平均反應速率v（PCl₃）=1.2×10^-3或0.0012mol．L^-1•s^-1
（2）該溫度下，此反應的化學平衡常數的數值為$\frac{5}{6}$（可用分數表示）．
（3）反應至250s 時，該反應放出的熱量為37.2kJ．
（4）下列關于上述反應的說法中，正確的是abd（填字母序號）．
a． 無論是否達平衡狀態(tài)，混合氣體的密度始終不變
b． 300s 時，升高溫度，正、逆反應速率同時增大
c． 350s 時，向該密閉容器中充入氮氣，平衡向正反應方向移動
d． 相同條件下，若起始向該密閉容器中充入1.0molPCl₃和0.2molCl₂，達到化學平衡狀態(tài)時，n（PCl₅）＜0.20mol
（5）溫度T ₁時，混合氣體中PCl₅的體積分數隨時間t 變化的示意圖如下．其他條件相同，請在下圖中畫出溫度為T ₂（T ₂＞T ₁）時，PCl₅的體積分數隨時間變化的曲線．

Answer 1

分析 （1）0～150s內的平均反應速率v（PCl₅）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$，該段時間內v（PCl₃）=v（PCl₅）；
（2）開始時c（PCl₃）=$\frac{2.0mol}{2.0L}$=1.0mol/L、c（Cl₂）=$\frac{1.0mol}{2.0L}$=0.5mol/L，平衡時c（PCl₅）=$\frac{0.40mol}{2.0L}$=0.2mol/L，
               PCl₃（g）+Cl₂（g）?PCl₅（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
開始（mol/L）1.0           0.5          0
反應（mol/L）0.2           0.2         0.2
平衡（mol/L）0.8         0.3          0.2
化學平衡常數K=$\frac{c（PC{l}_{5}）}{c（PC{l}_{3}）．c（C{l}_{2}）}$；
（3）250s時生成n（PCl₅）=0.40mol，根據五氯化磷和反應熱之間的關系式計算放出熱量；
（4）a．反應前后氣體總質量不變、容器體積不變，根據ρ=$\frac{m}{V}$計算；
b．所有的化學反應只要升高溫度正逆反應速率都增大；
c.350s 時，向該密閉容器中充入氮氣，參加反應的各氣體濃度不變，化學平衡不移動；
d．相同條件下，若起始向該密閉容器中充入1.0molPCl₃和0.2molCl₂，與原反應相比，相當于減小壓強平衡向氣體體積增大的方向移動；
（5）該反應的正反應是放熱反應，升高溫度化學反應速率加快，反應達到平衡時間縮短，但平衡逆向移動，達到平衡時五氯化磷體積分數降低．

解答 解：（1）0～150s內的平均反應速率v（PCl₅）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.36-0}{2}}{150}$mol．L^-1•s^-1=1.2×10^-3或0.0012
mol．L^-1•s^-1，該段時間內v（PCl₃）=v（PCl₅）=1.2×10^-3或0.0012mol．L^-1•s^-1，
故答案為：1.2×10^-3或0.0012；
（2）開始時c（PCl₃）=$\frac{2.0mol}{2.0L}$=1.0mol/L、c（Cl₂）=$\frac{1.0mol}{2.0L}$=0.5mol/L，平衡時c（PCl₅）=$\frac{0.40mol}{2.0L}$=0.2mol/L，
               PCl₃（g）+Cl₂（g）?PCl₅（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
開始（mol/L）1.0           0.5          0
反應（mol/L）0.2           0.2         0.2
平衡（mol/L）0.8         0.3          0.2
化學平衡常數K=$\frac{c（PC{l}_{5}）}{c（PC{l}_{3}）．c（C{l}_{2}）}$=$\frac{0.2}{0.8×0.3}$=$\frac{5}{6}$，
故答案為：$\frac{5}{6}$；
（3）生成1mol五氯化磷放出93.0kJ熱量，250s時生成n（PCl₅）=0.40mol放出熱量=0.40mol×93.0kJ/mol=37.2kJ，故答案為：37.2；
（4）a．反應前后氣體總質量不變、容器體積不變，根據ρ=$\frac{m}{V}$知，無論反應是否達到平衡狀態(tài)密度始終不變，故a正確；
b．所有的化學反應只要升高溫度正逆反應速率都增大，所以該反應升高溫度正逆反應速率都增大，故b正確；
c.350s 時，向該密閉容器中充入氮氣，參加反應的各氣體分壓不變、濃度不變，則化學平衡不移動，故c錯誤；
d．相同條件下，若起始向該密閉容器中充入1.0molPCl₃和0.2molCl₂，與原反應相比，相當于減小壓強平衡向氣體體積增大的方向移動，則生成五氯化磷物質的量小于原來一半，故d正確；
故選abd；
（5）該反應的正反應是放熱反應，升高溫度化學反應速率加快，反應達到平衡時間縮短，但平衡逆向移動，達到平衡時五氯化磷體積分數降低，所以其圖象為，
故答案為：．

點評 本題考查化學平衡計算，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，注意“三段式”在化學平衡計算中的靈活運用，注意（4）中c選項充入氮氣不影響平衡移動，為易錯點．