Question

在一個容積固定的反應器中，有一可左右滑動的密封隔板，兩側分別進行如圖所示的可逆反應。各物質的起始加入量如下：A、B和C均為4.0mol，D為6.5mol，F為2.0mol，設E為x mol。當x在一定范圍內變化時，均可通過調節反應器的溫度，使兩側反應都達到平衡，并且隔板恰好處于反應器正中位置。請填寫以下空白：

(1)若x＝4.5，則右側反應在起始時向________________(填“正反應”或“逆反應”)方向進行。欲使起始反應維持向該方向進行，則x的最大取值應小于________________。
　　(2)若x分別為4.5和5.0，則在這兩種情況下，當反應平衡時，A的物質的量是否相等?________________(填“相等”、“不相等”或“不能確定”)。其理由是________________。

Answer 1

(1)正反應；7.0。
　　(2)不相等；因為這兩種情況是在兩種不同溫度下達到化學平衡，平衡狀態不同，所以物質的量也不同。

題中給出一個容積固定的反應器，雖然中間有一個移動隔板，但題中要求隔板處于反應器的正中位置，也就是要求反應容器左右兩側反應的物質的量始終相等。要滿足這一條件，①可通過投入E的物質的量即x值的大小來控制；②可通過溫度的調節來實現。
　　(1)反應器左側的反應為一個反應前后總體積不變化的反應，總物質的量始終為n_A＋n_B＋n_C＝4mol＋4mol＋4mol＝12mol，這就要求反應器右側也必須始終保持總的物質的量也為12mol。當x＝4.5時，右側反應在起始時總的物質的量為6.5mol＋4.5mol＋2mol＝13mol，大于12mol，此時反應向總體積縮小的方向移動，即向正反應方向進行。由于右側的正反應是一個體積縮小的反應，E物質參與反應的越多，體積縮小的越多。用極限法，假設投入的E物質全部反應，即E的最大投入量，也就是x的最大取值，則
　　　　　　　　　D(g)　＋　 2E(g)　　　　2F(g)
　　n_始(mol)　　　6.5　　　　　x　　　　　　　　2.0
　　n_平(mol)　　6.5-　　　　0　　　　　　　2.0＋x
　　因左側反應混合物總的物質的量為12mol，所以達平衡時，右側反應需滿足：
　　6.5-＋0＋2.0＋x＝12，x＝7
　　(2)若x分別為4.5和5.0這兩種情況時，要滿足題中移動隔板恰好處于反應器正中位置的要求，即反應器右側在z值不同時還始終保持總物質的量為12mol，只有通過條件①即調節溫度來實現。也就是說當x的取值在4.5和5.0這兩種情況下，當隔板恰處中間位置時的溫度是不相同的。再來分析反應器的左側。由右側的條件決定x的數值不同，溫度不同，在不同的溫度下平衡狀態不同，各物質的量也就不同。故A的物質的量在這兩種情況下也不相等。