Question

甲醇可以與水蒸氣反應生成氫氣，反應方程式如下：

CH3OH(g)＋H2O(g) CO2(g)＋3H2(g)　ΔH>0

(1)一定條件下，向體積為2 L的恒容密閉容器中充入1 mol CH3OH(g)和3 mol H2O(g)，20 s后，測得混合氣體的壓強是反應前的1.2倍，則用甲醇表示該反應的速率為________。

(2)判斷(1)中可逆反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是(填序號)________。

①v正(CH3OH)＝v正(CO2)

②混合氣體的密度不變

③混合氣體的平均相對分子質量不變

④CH3OH、H2O、CO2、H2的濃度都不再發(fā)生變化

(3)下圖中P是可自由平行滑動的活塞，關閉K，在相同溫度時，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)，兩容器分別發(fā)生上述反應。已知起始時容器A和B的體積均為a L。試回答：

 

①反應達到平衡時容器B的體積為1.5aL，容器B中CH3OH轉化率為________，A、B兩容器中H2O(g)的體積百分含量的大小關系為：B(填“>”“<”或“＝”)________A。

②若打開K，一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為________L(連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響)。

 

Answer 1

(1)0.01 mol/(L·s)

(2)③④　(3)75%　<　1.75a

【解析】本題主要考查化學反應速率、化學平衡的判斷及有關等效平衡的計算，屬于中等難度的題。

(1)反應前氣體的總物質的量為4mol，反應后氣體的總物質的量為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

則v(CH3OH)＝＝0.01 mol/(L·s)。

(2)①中兩種物質的速率表示的是同一方向的反應速率，不能作為反應達到平衡的依據(jù)。②由于混合氣體的質量和體積都不變，故其密度始終不變，不能說明反應是否達平衡。③中混合氣體的平均相對分子質量不變，說明混合氣體的總物質的量不變，即反應正向進行和逆向進行的趨勢相同，故可作為反應達到平衡的依據(jù)。④中各氣體的物質的量濃度不變，說明反應已達到平衡。故應選③④。

(3)反應達平衡時，B中氣體的總物質的量為： ×1.5 a L＝5.4 mol，氣體的總物質的量比反應前增加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的轉化率為： ×100%＝75%。

若A、B兩容器中的壓強相等，兩容器中的氣體達平衡時，為等溫等壓下的等效平衡，兩容器中H2O(g)的百分含量相等。現(xiàn)在A容器的體積不變，而反應后氣體的總物質的量增加，即壓強增大，平衡應逆向(氣體體積減小的方向)移動，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)若打開K，則A中氣體的壓強與B中相同，兩容器中的氣體達平衡時，為等溫等壓下的等效平衡，這時原A中氣體的體積將變?yōu)椋?/span> ×1.5 a L＝1.25 a L，氣體體積增加0.25 a L，故這時容器B的體積變?yōu)椋?/span>1.5 a L＋0.25 a L＝1.75 a L。