Question

2．某温度下，10L密闭容器中充入2mol CH₄和3mol H₂O（g），发生CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）反应，反应进行到4s时CO₂的浓度为0.08mol/L，再过一段时间反应达平衡，平衡时容器的压强是起始时的1.4倍．则 
①前4s以CH₄浓度变化表示的平均反应速率为多少？
②4s时，混合气体中H₂的体积分数为多少？
③平衡时，H₂O（g）的浓度是多少？（要求：写出计算过程）

Answer 1

分析 反应进行到4s时CO₂的浓度为0.08mol/L，生成CO₂的物质的量为0.08mol/L×10L=0.8mol，则
        CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）
开始   2               3                 0              0
转化 0.8           1.6               0.8             3.2
4s     1.2           2.4               0.8              3.2
以此解答①②；
设达到平衡时，转化的甲烷为xmol，则
        CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）
开始   2               3                 0              0
转化   x               2x                x             4x
平衡 2-x             3-2x              x             4x
平衡时容器的压强是起始时的1.4倍，则$\frac{2-x+3-2x+x+4x}{2+3}$=1.4，解得x=1，以此解答③．

解答 解：反应进行到4s时CO₂的浓度为0.08mol/L，生成CO₂的物质的量为0.08mol/L×10L=0.8mol，则
        CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）
开始   2               3                 0              0
转化 0.8           1.6               0.8             3.2
4s     1.2           2.4               0.8              3.2
①v（CH₄）=$\frac{\frac{0.8mol}{10L}}{4s}$=0.02mol/（L•s），
答：前4s以CH₄浓度变化表示的平均反应速率为0.02mol/（L•s）；
②4s时，混合气体中H₂的体积分数为$\frac{3.2mol}{1.2mol+1.4mol+0.8mol+3.2mol}$×100%=48.5%，
答：4s时，混合气体中H₂的体积分数为48.5%；
③设达到平衡时，转化的甲烷为xmol，则
        CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）
开始   2               3                 0              0
转化   x               2x                x             4x
平衡 2-x             3-2x              x             4x
平衡时容器的压强是起始时的1.4倍，则$\frac{2-x+3-2x+x+4x}{2+3}$=1.4，
解得x=1，平衡时，H₂O（g）的浓度是$\frac{3mol-2×1mol}{10L}$=0.1mol/L，
答：平衡时，H₂O（g）的浓度是0.1mol/L．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、各物质的量的关系等为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意4s时没有达到平衡，题目难度不大．