Question

7．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1molCH₃OH（g）和3molH₂O（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）；列式并计算该反应的平衡常数K=1.1．
（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）=3v_逆（H₂）
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
1molCH₃OH（g）和2molH₂O（g），向B容器中充入1.2molCH₃OH（g） 和2.4molH₂O（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aL，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75%；维持其他条件不变，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）．

Answer 1

分析 （1）相同条件下气体压强之比等于物质的量之比，依据化学平衡三段式列式计算，然后根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算用甲醇表示的反应的速率；再根据平衡常数的表达式计算该反应的平衡常数；
（2）化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分浓度保持不变，据此进行判断；
（3）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；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）依据化学平衡三段式列式计算，设反应的甲醇物质的量为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
20s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，1-x+3-x+x+3x=4+2x=1.2×4，解得：x=0.4mol，
用甲醇表示该反应的速率为：v（CH₃OH）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{20s}$=0.01mol/（L•s）；
平衡时各组分的浓度为：c（CH₃OH）=$\frac{（1-0.4）}{2L}$=0.3mol/L、c（H₂O）=$\frac{（3-0.4）mol}{2L}$=1.3mol/L、c（CO₂）=$\frac{0.4mol}{2L}$=0.2mol/L、c（H₂）=$\frac{1.2mol}{2L}$=0.6mol/L，则该温度下该反应的平衡常数为：K=$\frac{0．{6}^{3}×0.2}{0.3×1.3}$≈1.1，
故答案为：0.01mol/（L•s）；1.1；
（2）可逆反应达到平衡状态的依据是正逆反应速率相同，
①v_正（CH₃OH）=v_正（CO₂）是反应速率之比等于化学方程式计量数之比，不能说明该反应达到平衡，故①错误；
②反应前后气体质量不变，容器体积不变，反应过程中密度不变，混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡，故②错误；
③反应前后气体物质的量增大，质量守恒，混合气体的平均相对分子质量不变，说明该反应已经达到平衡状态，故③正确；
④CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化，证明正逆反应速率相等，该反应达到平衡标志，故④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%，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：75%；1.75a．

点评 本题考查化学平衡的计算，题目难度中等，涉及化学反应速率、化学平衡常数、化学平衡状态的判断等知识，明确化学反应速率和化学平衡常数的概念为解答关键，注意掌握三段式在化学平衡计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．