Question

【題目】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的依據是(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1.5a L，容器B中CH3OH的轉化率為________；A、B兩容器中H2O(g)的體積百分含量的大小關系為：B________A(填“>”“<”或“＝”)。

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

【答案】（1）0.01 mol/(L·s)

（2）③④

（3）①75% < ②1.75a

【解析】

試題分析：（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)

起始量（mol） 1 3 0 0

轉化量（mol） x x x 3x

平衡量（mol） 1-x 3-x x 3x

則1-x+3-x+x+3x＝4.8

解得x＝0.4

所以用甲醇表示該反應的速率為＝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，①錯誤；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，②錯誤；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，③正確；④中各氣體的物質的量濃度不變，說明反應已達到平衡，④正確，答案選③④。

（3）①反應達平衡時，B中氣體的總物質的量為：×1.5a 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↑

1mol 1mol 1mol 3mol 2mol

0.9mol 1.8mol

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中氣體的體積將變為：×1.5a L＝1.25a L，氣體體積增加0.25a L，故這時容器B的體積變為：1.5a L＋0.25a L＝1.75a L。