Question

甲醇可以与水蒸气反应生成氢气，反应方程式如下：

CH3OH(g)＋H2O(g) CO2(g)＋3H2(g)　ΔH>0

(1)一定条件下，向体积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol CH3OH(g)和3 mol H2O(g)，20 s后，测得混合气体的压强是反应前的1.2倍，则用甲醇表示该反应的速率为________。

(2)判断(1)中可逆反应达到平衡状态的依据是(填序号)________。

①v正(CH3OH)＝v正(CO2)

②混合气体的密度不变

③混合气体的平均相对分子质量不变

④CH3OH、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化

(3)下图中P是可自由平行滑动的活塞，关闭K，在相同温度时，向A容器中充入1 mol CH3OH(g)和2 mol H2O(g)，向B容器中充入1.2 mol CH3OH(g)和2.4 mol H2O(g)，两容器分别发生上述反应。已知起始时容器A和B的体积均为a L。试回答：

 

①反应达到平衡时容器B的体积为1.5aL，容器B中CH3OH转化率为________，A、B两容器中H2O(g)的体积百分含量的大小关系为：B(填“>”“<”或“＝”)________A。

②若打开K，一段时间后重新达到平衡，容器B的体积为________L(连通管中气体体积忽略不计，且不考虑温度的影响)。

 

Answer 1

(1)0.01 mol/(L·s)

(2)③④　(3)75%　<　1.75a

【解析】本题主要考查化学反应速率、化学平衡的判断及有关等效平衡的计算，属于中等难度的题。

(1)反应前气体的总物质的量为4mol，反应后气体的总物质的量为4 mol×1.2＝4.8 mol。

CH3OH(g)＋H2O(g) CO2(g)＋3H2(g)　△n

1 mol 1 mol 1 mol 3 mol 2 mol

0.4 mol　　　　　 　 (4.8－4)mol

则v(CH3OH)＝＝0.01 mol/(L·s)。

(2)①中两种物质的速率表示的是同一方向的反应速率，不能作为反应达到平衡的依据。②由于混合气体的质量和体积都不变，故其密度始终不变，不能说明反应是否达平衡。③中混合气体的平均相对分子质量不变，说明混合气体的总物质的量不变，即反应正向进行和逆向进行的趋势相同，故可作为反应达到平衡的依据。④中各气体的物质的量浓度不变，说明反应已达到平衡。故应选③④。

(3)反应达平衡时，B中气体的总物质的量为： ×1.5 a L＝5.4 mol，气体的总物质的量比反应前增加5.4 mol－1.2 mol－2.4 mol＝1. 8 mol。

CH3OH(g)＋H2O(g) CO2(g)＋3H2(g)　△n

1 mol 1 mol 1 mol 3 mol 2 mol

0.9 mol1.8 mol

故B中CH3OH的转化率为： ×100%＝75%。

若A、B两容器中的压强相等，两容器中的气体达平衡时，为等温等压下的等效平衡，两容器中H2O(g)的百分含量相等。现在A容器的体积不变，而反应后气体的总物质的量增加，即压强增大，平衡应逆向(气体体积减小的方向)移动，H2O(g)的百分含量增加，故B中H2O(g)的百分含量小于A中H2O(g)的百分含量。(2)若打开K，则A中气体的压强与B中相同，两容器中的气体达平衡时，为等温等压下的等效平衡，这时原A中气体的体积将变为： ×1.5 a L＝1.25 a L，气体体积增加0.25 a L，故这时容器B的体积变为：1.5 a L＋0.25 a L＝1.75 a L。