Question

3．甲醇可以與水蒸氣反應生成氫氣，反應方程式如下：
CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）；△H＞0
（1）一定條件下，向體積為2L的恒容密閉容器中充入1molCH₃OH（g）和3molH₂O（g），20s后，測得混合氣體的壓強是反應前的1.2倍，則用甲醇表示該反應的速率為0.01mol/（L•s）．
（2）判斷（1）中可逆反應達到平衡狀態(tài)的依據是（填序號）③④．
①v_正（CH₃OH）═3v_逆（H₂）　 ②混合氣體的密度不變　 ③混合氣體的平均相對分子質量不變 ④CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（3）圖1中P是可自由平行滑動的活塞，關閉K，在相同溫度時，向A容器中充入1molCH₃OH（g）和2molH₂O（g），向B容器中充入1，.2molCH₃OH（g） 和2.4molH₂O（g），兩容器分別發(fā)生上述反應． 已知起始時容器A和B的體積均為aL，反應達到平衡時容器B的體積為1.5aL，容器B中CH₃OH轉化率為75%；維持其他條件不變，若打開K一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為1.75aL（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）．

Answer 1

分析 （1）依據化學平衡三段式列式計算，氣體壓強之比等于物質的量之比；
（2）化學平衡的標志是正逆反應速率相同，各組分濃度保持不變分析選項；
（3）依據恒溫恒容、恒溫恒壓容器變化，結合反應平衡特征分析判斷，壓強變化和物質的量變化成正比；打開KAB組成的是恒溫恒壓容器，依據壓強變化和物質的量變化成正比計算得到．

解答 解：（1）依據化學平衡三段式列式計算，設反應的甲醇物質的量為x
                CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）     1        3         0       0
變化量（mol）    x         x         x        3x
20s量 （mol）   1-x      3-x         x      3x
20s后，測得混合氣體的壓強是反應前的1.2倍，4+2x=1.2×4
x=0.4mol
v（CH₃OH）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{20s}$=0.01mol/（L•s）；
故答案為：0.01mol/（L•s）；
（2）可逆反應達到平衡狀態(tài)的依據是正逆反應速率相同，
①v_正（CH₃OH）=v_正（CO₂）是反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，不能說你反應達到平衡，故①不符合；
②反應前后氣體質量不變，容器體積不變，反應過程中密度不變，混合氣體的密度不變不能說明反應達到平衡，故②不符合；
③反應前后氣體物質的量增大，質量守恒，混合氣體的平均相對分子質量不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故③符合；
④CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化是平衡標志，故④符合；
故答案為：③④；
（3）①B容器的體積變?yōu)樵瓉淼?.5倍，增加的氣體的物質的量為3.6 mol×0.5=1.8 mol，依據化學方程式可知增加2mol，反應甲醇1mol，則反應的甲醇的物質的量為0.9 mol，CH₃OH的轉化率=$\frac{0.9mol}{1.2mol}$×100%=75%，打開K時，AB組成一個等溫等壓容器，相應的起始投入總物質的量與平衡的總體積成正比，設打開K重新達到平衡后總的體積為x，則x：（3+3.6）=1.5a：3.6
求得x=2.75a，所以B的體積為2.75a-a=1.75a，
故答案為：75%；1.75a．

點評 本題考查了化學平衡三段式計算，平衡標志的分析判斷，恒溫恒容容器，恒溫恒壓容器的分析判斷是解題關鍵，氣體壓強之比和物質的量之比成正比例，題目難度中等．