Question

6．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1mol CH₃OH（g）和3mol H₂O（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(jù)是（填序號）③④．
①v_正（CH₃OH）=v_正（CO₂）
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1mol CH₃OH（g）和2mol H₂O（g），向B容器中充入1.2mol CH₃OH（g）和2.4mol H₂O（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a L．試回答：
①反應達到平衡時容器B的體積為1.5a L，容器B中CH₃OH的轉化率為75%；A、B兩容器中H₂O（g）的體積百分含量的大小關系為：B＜A（填“＞”“＜”或“=”）．
②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(jù)化學平衡三段式列式計算甲醇的濃度變化，帶入公式v=$\frac{△c}{△t}$計算；
（2）反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，及其衍生的關系，變量不變是判斷依據(jù)；
（3）①依據(jù)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；
②打開KAB組成的是恒溫恒壓容器，依據(jù)壓強變化和物質的量變化成正比計算得到．

解答 解：（1）一定條件下，向體積2L的密閉容器中充入1molCH₃OH（g）和3molH₂O（g），設甲醇反應物質的量為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
某時刻量（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=4×1.2，解得x=0.4mol，
v（CH₃OH）=$\frac{0.4mol}{2L×20s}$=0.01mol/L•s；
故答案為：0.01mol/L•s；
（2）CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g），該反應的正反應為氣體體積增大的吸熱反應；
①v_正（CH₃OH）=v_正（CO₂），是正反應速率相同，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；　
②反應前后氣體質量不變，體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
③反應前后氣體物質的量變化，氣體質量不變，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C正確；
④CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化是平衡標志，故D正確；
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(jù)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%．
A是恒容反應容器，B是恒壓反應容器，B容器充入1.2molCH₃OH（g） 和2.4molH₂O（g）與B容器充入1molCH₂OH（g）和2molH₂O（g），是等效平衡．反應方程式中生成物氣體增多，反應時A容器壓強比B容器大，所以A中平衡時相當于B平衡后的加壓，加壓平衡向逆反應方向移動，A容器中H₂O百分含量增多，填B“＜A”；
故答案為：75%；＜；
②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，解得x=2.75a，所以B的體積為2.75a-a=1.75a，
故答案為：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，題目難度較大．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．