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）；△H＞0
（1）一定条件下，向体积为2L的恒容器密闭容器中充入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______．
（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）如图中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1molCH₂OH（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．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“＞”、“＜”、“=”）______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

【答案】分析：（1）依据化学平衡三段式列式计算，气体压强之比等于物质的量之比；
（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分析选项；
（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）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，4+2x=1.2×4
x=0.4mol
v（CH₃OH）==0.01mol/L?s；
故答案为：0.01mol/L?s；
（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，不能说你反应达到平衡，故①不符合；
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不符合；
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，说明反应达到平衡状态，故③符合；
④CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化是平衡标志，故④符合；
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=×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
求得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，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，题目难度较大．