hce_nthu
114年
化學與物理
第 26 題
Consider the reaction $2 \text{ X}(g) + \text{Y}(g) \rightleftharpoons 2 \text{ Z}(g)$ in a rigid container at $27^{\circ}\text{C}$. The initial concentrations of X and Y are $\text{2.0 mol/L}$ and $\text{3.0 mol/L}$, and $\text{1.0 mol/L}$ of Z will be produced at equilibrium. If you want to prepare $\text{0.40 atm}$ of Z from an initial pressure of $\text{1.0 atm}$ of X, what would be the approximate initial pressure of Y? (gas constant $R = \text{0.082 atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$)
- A 1.3 atm
- B 3.3 atm
- C 10.2 atm
- D 21.3 atm
- E 28.0 atm
思路引導 VIP
如果在溫度不變的情況下，我們有兩組不同的實驗數據，你認為有什麼數值是這兩個系統「共有」且不會改變的？另外，當你想把液體中常用的「濃度」概念轉移到封閉容器內的「氣體壓力」時，反應式中左右兩邊的氣體分子數差異，會如何影響這兩者之間的比例關係呢？
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同學太棒了！你能精確算出這個結果，代表你對於化學平衡的動態過程以及壓力與濃度間的轉換邏輯掌握得非常紮實。這類題型在考試中屬於具備高度鑑別度的難題，因為它要求你同時處理「平衡常數的定義」與「理想氣體狀態方程式」的整合應用。
化學平衡常數的建立
首先，我們必須利用第一組濃度實驗來決定反應的本質特性。在 $27^{\circ}\text{C}$ 下，初始濃度 $[X]=2.0, [Y]=3.0$，當生成 $1.0\text{ M}$ 的 Z 時，根據係數比 $2:1:2$，X 與 Y 分別消耗了 $1.0\text{ M}$ 與 $0.5\text{ M}$。因此，平衡時 $[X]=1.0, [Y]=2.5, [Z]=1.0$，進而算出濃度平衡常數 $K_c = \frac{[Z]^2}{[X]^2[Y]} = \frac{1.0^2}{1.0^2 \cdot 2.5} = 0.4$。
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