题目内容

6．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）△H＞0
（1）一定条件下，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1mol CH3OH（g）和3mol H2O（g），20s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0.01mol/L•s．
（2）判断（1）中可逆反应达到平衡状态的依据是（填序号）③④．
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）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1mol CH3OH（g）和2mol H2O（g），向B容器中充入1.2mol CH3OH（g）和2.4mol 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1.5a L，容器B中CH3OH的转化率为75%；A、B两容器中H2O（g）的体积百分含量的大小关系为：B＜A（填“＞”“＜”或“=”）．
②若打开K，一段时间后重新达到平衡，容器B的体积为1.75aL（连通管中气体体积忽略不计，且不考虑温度的影响）．

分析 （1）依据化学平衡三段式列式计算甲醇的浓度变化，带入公式v=$\frac{△c}{△t}$计算；
（2）反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，及其衍生的关系，变量不变是判断依据；
（3）①依据恒温恒容、恒温恒压容器变化，结合反应平衡特征分析判断，压强变化和物质的量变化成正比；
②打开KAB组成的是恒温恒压容器，依据压强变化和物质的量变化成正比计算得到．

解答 解：（1）一定条件下，向体积2L的密闭容器中充入1molCH3OH（g）和3molH2O（g），设甲醇反应物质的量为x
           CH3OH（g）+H2O（g）?CO2（g）+3H2（g），
起始量（mol） 1        3          0      0
变化量（mol） x        x          x     3x
某时刻量（mol）1-x    3-x         x     3x
20s后，测得混合气体的压强是反应前的1.2倍，4+2x=4×1.2，解得x=0.4mol，
v（CH3OH）=$\frac{0.4mol}{2L×20s}$=0.01mol/L•s；
故答案为：0.01mol/L•s；
（2）CH3OH（g）+H2O（g）?CO2（g）+3H2（g），该反应的正反应为气体体积增大的吸热反应；
①v正（CH3OH）=v正（CO2），是正反应速率相同，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；　
②反应前后气体质量不变，体积不变，混合气体的密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
③反应前后气体物质的量变化，气体质量不变，混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡状态，故C正确；
④CH3OH、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化是平衡标志，故D正确；
故答案为：③④；
（3）①B容器的体积变为原来的1.5倍，增加的气体的物质的量为3.6 mol×0.5=1.8 mol，依据化学方程式可知增加2mol，反应甲醇1mol，则反应的甲醇的物质的量为0.9 mol，CH3OH的转化率=$\frac{0.9mol}{1.2mol}$×100%=75%．
A是恒容反应容器，B是恒压反应容器，B容器充入1.2molCH3OH（g） 和2.4molH2O（g）与B容器充入1molCH2OH（g）和2molH2O（g），是等效平衡．反应方程式中生成物气体增多，反应时A容器压强比B容器大，所以A中平衡时相当于B平衡后的加压，加压平衡向逆反应方向移动，A容器中H2O百分含量增多，填B“＜A”；
故答案为：75%；＜；
②打开K时，AB组成一个等温等压容器，相应的起始投入总物质的量与平衡的总体积成正比，设打开K重新达到平衡后总的体积为x，则x：（3+3.6）=1.5a：3.6，解得x=2.75a，所以B的体积为2.75a-a=1.75a，
故答案为：1.75a．

点评 本题考查了化学平衡三段式计算，平衡标志的分析判断，题目难度较大．恒温恒容容器，恒温恒压容器的分析判断是解题关键，气体压强之比和物质的量之比成正比例．

练习册系列答案
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