Question

7．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）；△H＞0
（1）一定條件下，向體積為2L的恒容密閉容器中充入1molCH₃OH（g）和3molH₂O（g），20s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0.01mol/（L•s）；列式并計算該反應的平衡常數(shù)K=1.1．
（2）判斷（1）中可逆反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填序號）③④．
①v_正（CH₃OH）=3v_逆（H₂）
②混合氣體的密度不變
③混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
④CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（3）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
1molCH₃OH（g）和2molH₂O（g），向B容器中充入1.2molCH₃OH（g） 和2.4molH₂O（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aL，反應達到平衡時容器B的體積為1.5aL，容器B中CH₃OH轉(zhuǎn)化率為75%；維持其他條件不變，若打開K一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為1.75aL（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）．

Answer 1

分析 （1）相同條件下氣體壓強之比等于物質(zhì)的量之比，依據(jù)化學平衡三段式列式計算，然后根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算用甲醇表示的反應的速率；再根據(jù)平衡常數(shù)的表達式計算該反應的平衡常數(shù)；
（2）化學平衡的標志是正逆反應速率相同，各組分濃度保持不變，據(jù)此進行判斷；
（3）依據(jù)恒溫恒容、恒溫恒壓容器變化，結(jié)合反應平衡特征分析判斷，壓強變化和物質(zhì)的量變化成正比；打開KAB組成的是恒溫恒壓容器，依據(jù)壓強變化和物質(zhì)的量變化成正比計算得到．

解答 解：（1）依據(jù)化學平衡三段式列式計算，設反應的甲醇物質(zhì)的量為x
                CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）    1         3                  0                0
變化量（mol）    x          x                 x               3x
20s量 （mol）   1-x       3-x                x               3x
20s后，測得混合氣體的壓強是反應前的1.2倍，1-x+3-x+x+3x=4+2x=1.2×4，解得：x=0.4mol，
用甲醇表示該反應的速率為：v（CH₃OH）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{20s}$=0.01mol/（L•s）；
平衡時各組分的濃度為：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，則該溫度下該反應的平衡常數(shù)為：K=$\frac{0．{6}^{3}×0.2}{0.3×1.3}$≈1.1，
故答案為：0.01mol/（L•s）；1.1；
（2）可逆反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是正逆反應速率相同，
①v_正（CH₃OH）=v_正（CO₂）是反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，不能說明該反應達到平衡，故①錯誤；
②反應前后氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，反應過程中密度不變，混合氣體的密度不變不能說明反應達到平衡，故②錯誤；
③反應前后氣體物質(zhì)的量增大，質(zhì)量守恒，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，說明該反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，故③正確；
④CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，證明正逆反應速率相等，該反應達到平衡標志，故④正確；
故答案為：③④；
（3）①B容器的體積變?yōu)樵瓉淼?.5倍，增加的氣體的物質(zhì)的量為3.6 mol×0.5=1.8 mol，依據(jù)化學方程式可知增加2mol，反應甲醇1mol，則反應的甲醇的物質(zhì)的量為0.9 mol，CH₃OH的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.9mol}{1.2mol}$×100%=75%，打開K時，AB組成一個等溫等壓容器，相應的起始投入總物質(zhì)的量與平衡的總體積成正比，設打開K重新達到平衡后總的體積為x，則x：（3+3.6）=1.5a：3.6，解得：x=2.75a，所以B的體積為：2.75a-a=1.75a，
故答案為：75%；1.75a．

點評 本題考查化學平衡的計算，題目難度中等，涉及化學反應速率、化學平衡常數(shù)、化學平衡狀態(tài)的判斷等知識，明確化學反應速率和化學平衡常數(shù)的概念為解答關鍵，注意掌握三段式在化學平衡計算中的應用方法，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．