Question

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的恒容器密閉容器中充入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______．
（2）判斷（1）中可逆反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填序號）______．
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(zhì)量不變
④CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（3）如圖中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1molCH₂OH（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．試回答：
①反應達到平衡時容器B的體積為1.5aL，容器B中CH₃OH轉(zhuǎn)化率為______A、B兩容器中H₂O（g）的體積百分含量的大小關系為：B（填“＞”、“＜”、“=”）______A．
②若打開K，一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為______L（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）．

Answer 1

【答案】分析：（1）依據(jù)化學平衡三段式列式計算，氣體壓強之比等于物質(zhì)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）①依據(jù)恒溫恒容、恒溫恒壓容器變化，結(jié)合反應平衡特征分析判斷，壓強變化和物質(zhì)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(zhì)的量變化成正比計算得到．
解答：解：（1）依據(jù)化學平衡三段式列式計算，設反應的甲醇物質(zhì)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）==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(jù)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(zhì)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(zhì)的量增大，質(zhì)量守恒，混合氣體的平均相對分子質(zhì)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(zhì)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(zhì)的量為0.9 mol，CH₃OH的轉(zhuǎn)化率=×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(zhì)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：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(zhì)的量之比成正比例，題目難度較大．