Question

2．为了提高煤的利用率，人们先把煤转化为CO和H₂，再将它们转化为甲醇，某实验人员在一定温度下2L的密闭容器中，充入一定量的H₂和CO，发生反应：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），测定的部分实验数据如下：

t/s	0	500	1 000
c（H2）/mol•L-1	5.00	3.52	2.48
c（CO）/mol•L-1	2.50

（1）在500s内用H₂表示的化学反应速率是2.96×10^-3mol/（L•s）．
（2）在1 000s内用CO表示的化学反应速率是1.26×10^-3mol/（L•s），1 000s时CO的转化率是50.4%．
（3）在500s时生成的甲醇的浓度是0.74mol/L．
（4）下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是（填标号）ADE；
A．容器内的总压强不随时间而变化    
B．反应后混合气体的密度不再发生变化
C．三种气体的浓度相等              
D．CH₃OH的分解速率与生成速率相等
E．混合气体的平均相对分子质量不再发生变化．

Answer 1

分析 （1）根据表中数据及v=$\frac{△c}{△t}$计算出在500s内用H₂表示的化学反应速率；
（2）根据反应速率表达式v=$\frac{△c}{△t}$计算出1000s内用氢气表示的化学反应速率，然后根据化学计量数与反应速率成正比计算出氢气的反应速率；根据反应速率计算出氢气的转化率；
（3）根据氢气的反应速率计算出消耗氢气的物质的量，再计算出在500s时生成的甲醇的浓度；
（4）A．由于该反应为气体体积减小的反应，所以容器内的总压强不随时间而变化，说明反应处于平衡状态；    
B．由于该反应是恒容条件下进行，反应前后的气体质量守恒，所以反应过程中混合气体的密度不发生变化；
C．三种气体的浓度相等，不能说明反应是否处于平衡状态，与各物质的起始量有关；              
D．CH₃OH的分解速率与生成速率相等，即正逆反应速率相等；
E．该反应气体物质的量减小，质量守恒，所以混合气体的平均相对分子质量不再发生变化，说明反应已经处于平衡状态．

解答 解：据化学方程式中的化学计量数之比等于反应速率之比，求算出CO在500s时的浓度为$\frac{3.52}{2}$mol•L^-1=1.76mol•L^-1，1000s时的浓度为$\frac{2.48}{2}$mol•L^-1=1.24mol•L^-1，
（1）在500s内用H₂表示的化学反应速率为：v（H₂）=$\frac{（5.00-3.52）mol/L}{500s}$=2.96×10^-3mol/（L•s），
故答案为：2.96×10^-3mol/（L•s）；
（2）在1000s内用氢气表示的化学反应速率是：v（H₂）=$\frac{（5.00-2.48）mol/L}{1000s}$=2.52×10^-3mol/（L•s），则1000s内用CO表示的化学反应速率为：v（CO）=$\frac{1}{2}$v（H₂）=1.26×10^-3mol/（L•s）；1000s时CO的消耗浓度为：△c（H₂）=（2.500-1.24）mol/L=1.26mol/L，氢气的转化率为$\frac{1.26mol/L}{2.50mol/L}$×100%=50.4%，
故答案为：1.26×10^-3mol/（L•s）；50.4%；
（3）在500s时氢气的浓度变化为：△c（H₂）=（5.00-3.52）mol/L=1.48mol/L，由反应2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）可知，生成甲醇的物质的量浓度为：c（CH₃OH）=$\frac{1}{2}$△c（H₂）=0.74mol/L，
故答案为：0.74mol/L；
（4）A．由于该反应为气体体积减小的反应，所以容器内的总压强不随时间而变化，说明反应处于平衡状态；    
B．由于该反应是恒容条件下进行，反应前后的气体质量守恒，所以反应过程中混合气体的密度不发生变化，所以不能说明反应是否处于平衡状态；
C．三种气体的浓度相等，不能说明反应是否处于平衡状态，与各物质的起始量有关，所以不能说明反应是否处于平衡状态；              
D．CH₃OH的分解速率与生成速率相等，即正逆反应速率相等，说明反应处于平衡状态；
E．该反应气体物质的量减小，质量守恒，所以混合气体的平均相对分子质量不再发生变化，说明反应已经处于平衡状态；
故选ADE．

点评 本题考查了反应速率的计算、平衡状态的判断，题目难度中等，注意明确化学反应速率与化学计量数成正比，掌握化学反应速率的概念及其表达式．