資源簡介

(共64張PPT)
主觀題突破
3.平衡體系中的有關(guān)計算
真題演練
01
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1.[2019·天津，7(5)]在1 L真空密閉容器中加入a mol PH4I固體，t ℃時發(fā)生如下反應(yīng)：
PH4I(s) PH3(g)＋HI(g)　①
4PH3(g) P4(g)＋6H2(g)　②
2HI(g) H2(g)＋I(xiàn)2(g)　③
達(dá)平衡時，體系中n(HI)＝b mol，n(I2)＝c mol，n(H2)＝d mol，則t ℃時
反應(yīng)①的平衡常數(shù)K值為_____________(用字母表示)。
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2.[2021·山東，20(1)(2)]2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加劑。在催化劑作用下，可通過甲醇與烯烴的液相反應(yīng)制得，體系中同時存在如圖反應(yīng)：
反應(yīng)Ⅰ：
反應(yīng)Ⅱ：
反應(yīng)Ⅲ：
1
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3
回答下列問題：
(1)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù)Kx與溫度T變化關(guān)系如圖所示。據(jù)圖判斷，A和B中相對穩(wěn)定的是_______________(用系統(tǒng)命名法命名)； 的數(shù)值范圍是____(填標(biāo)號)。
A.<－1 B.－1～0
C.0～1 D.>1
2-甲基-2-丁烯
D
1
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3
由平衡常數(shù)Kx與溫度T變化關(guān)系曲線可知，
反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常數(shù)的自然對數(shù)隨
溫度升高(要注意橫坐標(biāo)為溫度的倒數(shù))而
減小，說明3個反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，即ΔH1
＜0、ΔH2＜0、ΔH3＜0，因此，B的總能
量低于A的總能量，能量越低越穩(wěn)定，A和
B中相對穩(wěn)定的是B，其用系統(tǒng)命名法命名為2-甲基-2-丁烯；
1
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3
由蓋斯定律可知，Ⅰ－Ⅱ＝Ⅲ，則ΔH1－ΔH2＝ΔH3＜0，因此ΔH1＜ΔH2，由于放熱反應(yīng)的ΔH越小，其絕對值越大，則 的
數(shù)值范圍是大于1。
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2
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(2)為研究上述反應(yīng)體系的平衡關(guān)系，向某反應(yīng)容器中加入1.0 mol TAME，控制溫度為353 K，測得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α。已知反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，則平衡體系中B的物質(zhì)的量為
______ mol，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kx1＝_______。
0.9α
同溫同壓下，再向該容器中注入惰性溶劑四氫呋喃稀釋，反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)平衡將__________(填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”)。平衡時，A與CH3OH物質(zhì)的量濃度之比c(A)∶c(CH3OH)＝_______。
逆向移動
1∶10
向某反應(yīng)容器中加入1.0 mol TAME，控制溫度為353 K，測得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則平衡時n(TAME)＝(1－α) mol，n(A)＋n(B)＝n(CH3OH)＝α mol。
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同溫同壓下，再向該容器中注入惰性溶劑四氫呋喃稀釋，反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)平衡將向著分子數(shù)增大的方向移動，即逆向移動。
平衡時，TAME的轉(zhuǎn)化率變大，但是平衡常數(shù)不變，A與CH3OH物質(zhì)的量濃度之比不變，c(A)∶c(CH3OH)＝0.1α∶α＝1∶10。
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(2)當(dāng)SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為7.5%、10.5%和82%時，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa壓強(qiáng)下，SO2平衡轉(zhuǎn)化率α隨溫度的變化如圖1所示。反應(yīng)在5.0 MPa、550 ℃時的α＝_______，判斷的依據(jù)是___________________________________________________________
_____________________。影響α的因素有___________________________
_________________。
0.975
該反應(yīng)氣體分子數(shù)減少，增大壓強(qiáng)，α提高，5.0 MPa＞2.5 MPa＝
p2，所以p1＝5.0 MPa
反應(yīng)物(N2和O2)的起始濃度(組
成)、溫度、壓強(qiáng)
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反應(yīng)SO2(g)＋ O2(g) SO3(g)的正反應(yīng)是氣體總分子數(shù)減少的放熱反應(yīng)，其他條件相同時，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，SO2平衡轉(zhuǎn)化率增大，則圖中p1＝5.0 MPa，p3＝0.5 MPa。
由圖可知，反應(yīng)在5.0 MPa、550 ℃時SO2的平衡轉(zhuǎn)化率α＝0.975。
溫度、壓強(qiáng)和反應(yīng)物的起始濃度(組成)都會影響SO2的平衡轉(zhuǎn)化率α，溫度一定時，壓強(qiáng)越大，α越大；壓強(qiáng)一定時，溫度越高，α越小。
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(3)將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的氣體通入反應(yīng)器，在溫度t、壓強(qiáng)p條件下進(jìn)行反應(yīng)。平衡時，若SO2轉(zhuǎn)化率為α，
則SO3壓強(qiáng)為__________，平衡常數(shù)Kp＝___________________(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
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假設(shè)原氣體的物質(zhì)的量為100 mol，則SO2、O2和N2的物質(zhì)的量分別為2m mol、m mol和q mol，2m＋m＋q＝100，利用三段式法計算：
SO2(g) ＋ O2(g)　 　SO3(g)
起始量/mol 2m m 0
轉(zhuǎn)化量/mol 2mα mα 2mα
平衡量/mol 2m(1－α) m(1－α) 2mα
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3
平衡時混合氣體的總物質(zhì)的量為2m×(1－α)mol＋m×(1－α)mol＋2mα mol＋q mol＝(3m－mα＋q) mol，
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(4)研究表明，SO2催化氧化的反應(yīng)速率方程為：v＝k( －1)0.8(1－nα′)。式中：k為反應(yīng)速率常數(shù)，隨溫度t升高而增大；α為SO2平衡轉(zhuǎn)化率，α′為某時刻SO2轉(zhuǎn)化率，n為常數(shù)。在α′＝0.90時，將一系列溫度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲線，如圖2所示。
1
2
3
曲線上v最大值所對應(yīng)溫度稱為該α′下反應(yīng)的最適宜溫度tm。ttm后，v逐漸下降。原因是____________________________
___________________________________________________________________________________________________。
升高溫度，k增大使v逐漸提高，
但α降低使v逐漸下降。當(dāng)t＜tm，k增大對v的提高大于α引起的降低；當(dāng)t＞tm，k增大對v的提高小于α引起的降低
考向預(yù)測
02
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1.某化學(xué)興趣小組模擬SO2催化氧化制備SO3，在2 L剛性容器中進(jìn)行下列三組實驗，數(shù)據(jù)如下：
(1)T1 ℃時平衡常數(shù)K＝________(保留兩位有效數(shù)字)。
第1組 第2組 第3組
溫度/℃ T1 T2 T3
投料n(SO2)/mol 1 2 4
投料n(O2)/mol 2 2 2
SO2平衡轉(zhuǎn)化率(α)/% 40 50 α
0.49
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T1 ℃時SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則轉(zhuǎn)化的c(SO2)＝0.2 mol·L－1。
　　　　　 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
起始濃度/( mol·L－1) 0.5 1 0
轉(zhuǎn)化濃度/( mol·L－1) 0.2 0.1 0.2
平衡濃度/( mol·L－1) 0.3 0.9 0.2
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第1組 第2組 第3組
溫度/℃ T1 T2 T3
投料n(SO2)/mol 1 2 4
投料n(O2)/mol 2 2 2
SO2平衡轉(zhuǎn)化率(α)/% 40 50 α
(2)若T1＝T3，則α________(填“＞”“＜”或“＝”)40%，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)計算，寫出推理過程：_______________________________________。
＜
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答案　T3＝T1時，假設(shè)反應(yīng)達(dá)到平衡時，SO2的轉(zhuǎn)化率也為40%，則轉(zhuǎn)化的c(SO2)＝0.8 mol·L－1。
　　　　　　 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
起始濃度/( mol·L－1) 2 1 0
轉(zhuǎn)化濃度/( mol·L－1) 0.8 0.4 0.8
α＝40%時濃度/( mol·L－1) 1.2 0.6 0.8
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2.加熱N2O5依次發(fā)生的分解反應(yīng)為①N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g)，②
N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)。在容積為2 L的密閉容器中充入8 mol N2O5，加熱到t ℃，達(dá)到平衡狀態(tài)后O2為9 mol，N2O3為3.4 mol。則t ℃時反應(yīng)①的平衡常數(shù)為________。
8.5
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設(shè)N2O5的轉(zhuǎn)化濃度為x mol·L－1，N2O3的轉(zhuǎn)化濃度為y mol·L－1。
　　　　　 N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g)
開始/(mol·L－1) 4 0 0
轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) x x x
平衡/(mol·L－1) 4－x x x
　　　　　 N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)
開始/(mol·L－1) x 0 x
轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) y y y
平衡/(mol·L－1) x－y y x＋y
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3.CO2催化加氫可合成乙烯，反應(yīng)為2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH<0，在恒壓密閉容器中，起始充入2 mol CO2(g)和6 mol H2(g)發(fā)生反應(yīng)，不同溫度下達(dá)到平衡時各組分的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化如圖所示。
(1)下列說法正確的是________(填字母)。
A.b點時：2v正(H2)＝3v逆(H2O)
B.a、b、c三點的平衡常數(shù)：Ka>Kc>Kb
C.將H2O(g)液化分離可提高C2H4的產(chǎn)率
D.活性更高的催化劑可提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率
AC
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由化學(xué)方程式體現(xiàn)的關(guān)系可知，b點時
達(dá)到平衡狀態(tài)，正、逆反應(yīng)速率相等，
則有2v正(H2)＝3v逆(H2O)，A正確；
反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著溫度升高，平衡
逆向移動，平衡常數(shù)減小，故a、b、c
三點的平衡常數(shù)：Kb>Ka>Kc，B錯誤；
將H2O(g)液化分離，平衡正向移動，可提高C2H4的產(chǎn)率，C正確；
活性更高的催化劑可提高反應(yīng)速率，但是不改變CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，D錯誤。
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(2)表示C2H4體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線是____(填“k”“l(fā)”“m”或“n”)。
n
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隨著溫度升高，平衡逆向移動，乙烯、水的體積分?jǐn)?shù)減小，結(jié)合化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)可知，乙烯減小的程度小于水，故表示水體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線是m，表示C2H4體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線是n。
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(3)若d點表示240 ℃某時刻H2的體積分?jǐn)?shù)，保持溫度不變，則反應(yīng)向________(填“正”或“逆”)反應(yīng)方向進(jìn)行。
逆
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隨著溫度升高，平衡逆向移動，二氧
化碳、氫氣的體積分?jǐn)?shù)增大，結(jié)合化
學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)可知，二氧化
碳增大的程度小于氫氣，則l為二氧化
碳體積分?jǐn)?shù)變化曲線，k為氫氣體積分
數(shù)變化曲線；若d點表示240 ℃某時刻H2的體積分?jǐn)?shù)，此時氫氣的體積分?jǐn)?shù)小于平衡時氫氣的體積分?jǐn)?shù)，保持溫度不變，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。
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(4)205 ℃，反應(yīng)達(dá)b點所用時間為t min，則此過程中用CO2表示的反應(yīng)速
率是____ mol·min－1。若平衡時b點總壓為p，則平衡常數(shù)Kp＝___________
(列出計算式，以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
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205 ℃，反應(yīng)達(dá)b點所用時間為t min，
設(shè)CO2轉(zhuǎn)化了2a mol，可得
　 2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)
起始/mol 2 6 0 0
轉(zhuǎn)化/mol 2a 6a a 4a
平衡/mol 2－2a 6－6a a 4a
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4.反應(yīng)CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.0 kJ·mol－1。在進(jìn)氣比 不同時，測得相應(yīng)的CO2平衡轉(zhuǎn)化率如圖(各點對應(yīng)的反應(yīng)溫度
可能相同，也可能不同；各點對應(yīng)的其他反應(yīng)條件都相同)。
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(1)反應(yīng)中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與進(jìn)氣比、反應(yīng)溫度之間的關(guān)系是_________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
相同，進(jìn)氣比越大，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小；進(jìn)氣比相同，反應(yīng)溫度越高，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大(或進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小)
反應(yīng)溫度
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(2)圖中E和G兩點對應(yīng)的反應(yīng)溫度TE、TG的關(guān)系是__________，其原因是____________。
TE＝TG
KE＝KG＝1
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　　　 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
始/(mol·L－1) 1 1 0 0
轉(zhuǎn)/(mol·L－1) 0.5 0.5 0.5 0.5
平/(mol·L－1) 0.5 0.5 0.5 0.5
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　 　　 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
始/(mol·L－1) 1.5 1 0 0
轉(zhuǎn)/(mol·L－1) 0.6 0.6 0.6 0.6
平/(mol·L－1) 0.9 0.4 0.6 0.6
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平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度相等平衡常數(shù)相等，故TE＝TG。
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(3)A、B兩點對應(yīng)的反應(yīng)速率vA______(填“＜”“＝”或“＞”)vB。已知反應(yīng)速率v正＝k正x(CO2)·x(H2)，v逆＝k逆x(CO)·x(H2O)，k為反應(yīng)速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，在達(dá)到平衡狀態(tài)為C點的反應(yīng)過程(此過程為恒溫)中，當(dāng)CO2的轉(zhuǎn)化率剛好達(dá)到60%時， ＝______。
>
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反應(yīng)CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.0 kJ·mol－1，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，當(dāng) 相同時，溫度高CO2轉(zhuǎn)化率大，A點的轉(zhuǎn)化率大于B點，說明A點的溫度高，故反應(yīng)速率：vA>vB；
在C點時 ＝1，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為75%，根據(jù)三段式得
　　 　 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
始/(mol·L－1) 1 1 0 0
轉(zhuǎn)/(mol·L－1) 0.75 0.75 0.75 0.75
平/(mol·L－1) 0.25 0.25 0.75 0.75
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當(dāng)CO2的轉(zhuǎn)化率剛好達(dá)到60%時，
　 　　 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
始/(mol·L－1) 1 1 0 0
轉(zhuǎn)/(mol·L－1) 0.6 0.6 0.6 0.6
平/(mol·L－1) 0.4 0.4 0.6 0.6
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5.苯乙烯是合成樹脂、離子交換樹脂及合成橡膠等的重要單體，常用乙苯為原料合成。其反應(yīng)原理如下：
(g) (g)＋H2(g)　ΔH＝＋123 kJ·mol－1
8
已知：上述反應(yīng)的速度方程為v正＝k正·p乙苯，v逆＝k逆·p苯乙烯·p氫氣，其中k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速度常數(shù)，p為各組分分壓(分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
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100 kPa下，反應(yīng)氣組成n(乙苯)∶n(H2O)分別按照1∶1、1∶4、1∶9投料，乙苯平衡轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度變化關(guān)系如圖。
(1)圖中n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9的曲線是______(填曲線標(biāo)號)。
a
n(乙苯)∶n(H2O)分別按照1∶1、1∶4、1∶9投料，水蒸氣比例越大，平衡正向移動程度越大，乙苯轉(zhuǎn)化率越大，故圖中n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9的曲線是a。
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(2)圖中M點的正反應(yīng)速率和N點的逆反應(yīng)速率大小關(guān)系為v正(M)____(填“>”“<”或“＝”)v逆(N)。
<
M點、N點均達(dá)到平衡狀態(tài)，M點乙苯的轉(zhuǎn)化率較N點大，則M點乙苯的分壓小于N點，根據(jù)反應(yīng)速率方程可知v正(M)1
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(3)550 ℃、100 kPa，按n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9投料時， ＝_____ kPa(用最簡分?jǐn)?shù)表示)。
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550 ℃、100 kPa，按n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9投料時，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，設(shè)乙苯的起始物質(zhì)的量為a mol，則水蒸氣物質(zhì)的量為9a mol，則
　　　　 乙苯(g) 苯乙烯(g)＋H2(g)
開始/mol a 0 0
變化/mol 0.6a 0.6a 0.6a
平衡/mol 0.4a 0.6a 0.6a
平衡時氣體總物質(zhì)的量為(0.4a＋0.6a＋0.6a＋9a) mol＝10.6a mol，v正＝k正·p乙苯＝v逆＝k逆·p苯乙烯·p氫氣，
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6.乙苯脫氫反應(yīng)為 (g) (g)＋H2(g)　ΔH＞0。其速率方程式為v正＝k正·p乙苯，v逆＝k逆·p苯乙烯·p氫氣(k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān))，圖中③代表lg k逆隨 的變化關(guān)系，則能代表lg k正隨 的變化關(guān)系的是________(填序號)。
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④
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7.T ℃時，2NO2(g) N2O4(g)，該反應(yīng)正、逆反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系為v正＝k正·c2(NO2)，v逆＝k逆·c(N2O4)(k正、k逆為速率常數(shù))。
(1)圖中表示lg v逆～lg c(N2O4)的線是______(填“m”或“n”)。
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n
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v正＝k正c2(NO2)，則lg v正＝lg k正＋2lg c(NO2)，v逆＝k逆·c(N2O4)，則lg v逆＝lg k逆＋
lg c(N2O4)，lg v逆～lg c(N2O4)的線斜率較小，則圖中表示lg v逆～lg c(N2O4)的線是n。
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(2)T ℃時，向剛性容器中充入一定量NO2氣體，平衡后測得c(N2O4)為1.0 mol·
L－1，則平衡時，v正＝______(用含a的表達(dá)式表示)。
8
10a
1
2
3
4
5
6
7
圖中表示lg v逆～lg c(N2O4)的線是n，則lg k逆＝a，k逆＝10a，lg k正＝a＋2，k正＝10a＋2，反應(yīng)達(dá)平衡時，v逆＝v正，
8
1
2
3
4
5
6
7
設(shè)T ℃時，向剛性容器中充入x mol·L－1 NO2，平衡后測得c(N2O4)為1.0 mol·L－1，列出三段式：
　　　　　　　 2NO2(g) N2O4(g)
起始/(mol·L－1) x 0
轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) 2 1.0
平衡/(mol·L－1) x－2 1.0
8
1
2
3
4
5
6
7
(3)T ℃時，向2 L的容器中充入5 mol N2O4氣體和1 mol NO2氣體，此時v正____(填“＞”“＜”或“＝”)v逆。
8
＞
1
2
3
4
5
6
7
8.我國科學(xué)家成功開發(fā)Pd-Fe/Fe2O3催化劑在低溫條件下高選擇性合成高純度的乙烯，化學(xué)原理為
主反應(yīng)：C2H2(g)＋H2(g) C2H4(g)　ΔH1
副反應(yīng)：C2H2(g)＋2H2(g) C2H6(g)　ΔH2
8
＜
0.8
1
2
3
4
5
6
主反應(yīng)：C2H2(g)＋H2(g) C2H4(g)和副反應(yīng)：C2H2(g)＋2H2(g)
C2H6(g)均為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，C2H2的轉(zhuǎn)化率升高，結(jié)合圖像可知，p0＜20 kPa；T0 K時，設(shè)平衡時C2H4(g)、C2H6(g)的物質(zhì)的量分別為x mol、y mol；
　　　　 C2H2(g)＋　H2(g) 　C2H4(g)
起始/mol 1 2 0
轉(zhuǎn)化/mol x x x
平衡/mol 1－x－y 2－x－2y x
7
8
1
2
3
4
5
6
　　　　 C2H2(g)＋　2H2(g) 　C2H6(g)
起始/mol 1－x 2－x 0
轉(zhuǎn)化/mol y 2y y
平衡/mol 1－x－y 2－x－2y y
7
8
1
2
3
4
5
6
解得x＝0.8，y＝0.1；平衡時C2H2(g)、C2H6(g)、C2H4(g)、H2(g)的物質(zhì)的量分別為0.1 mol、0.1 mol、0.8 mol、1.0 mol，總物質(zhì)的量為2.0 mol，
7
8
本課結(jié)束

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