Question

2．為了提高煤的利用率，人們先把煤轉(zhuǎn)化為CO和H₂，再將它們轉(zhuǎn)化為甲醇，某實(shí)驗(yàn)人員在一定溫度下2L的密閉容器中，充入一定量的H₂和CO，發(fā)生反應(yīng)：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），測定的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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內(nèi)用H₂表示的化學(xué)反應(yīng)速率是2.96×10^-3mol/（L•s）．
（2）在1 000s內(nèi)用CO表示的化學(xué)反應(yīng)速率是1.26×10^-3mol/（L•s），1 000s時CO的轉(zhuǎn)化率是50.4%．
（3）在500s時生成的甲醇的濃度是0.74mol/L．
（4）下列敘述能說明該反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是（填標(biāo)號）ADE；
A．容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不隨時間而變化    
B．反應(yīng)后混合氣體的密度不再發(fā)生變化
C．三種氣體的濃度相等              
D．CH₃OH的分解速率與生成速率相等
E．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)及v=$\frac{△c}{△t}$計算出在500s內(nèi)用H₂表示的化學(xué)反應(yīng)速率；
（2）根據(jù)反應(yīng)速率表達(dá)式v=$\frac{△c}{△t}$計算出1000s內(nèi)用氫氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率，然后根據(jù)化學(xué)計量數(shù)與反應(yīng)速率成正比計算出氫氣的反應(yīng)速率；根據(jù)反應(yīng)速率計算出氫氣的轉(zhuǎn)化率；
（3）根據(jù)氫氣的反應(yīng)速率計算出消耗氫氣的物質(zhì)的量，再計算出在500s時生成的甲醇的濃度；
（4）A．由于該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不隨時間而變化，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；    
B．由于該反應(yīng)是恒容條件下進(jìn)行，反應(yīng)前后的氣體質(zhì)量守恒，所以反應(yīng)過程中混合氣體的密度不發(fā)生變化；
C．三種氣體的濃度相等，不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，與各物質(zhì)的起始量有關(guān)；              
D．CH₃OH的分解速率與生成速率相等，即正逆反應(yīng)速率相等；
E．該反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減小，質(zhì)量守恒，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化，說明反應(yīng)已經(jīng)處于平衡狀態(tài)．

解答 解：據(jù)化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)之比等于反應(yīng)速率之比，求算出CO在500s時的濃度為$\frac{3.52}{2}$mol•L^-1=1.76mol•L^-1，1000s時的濃度為$\frac{2.48}{2}$mol•L^-1=1.24mol•L^-1，
（1）在500s內(nèi)用H₂表示的化學(xué)反應(yīng)速率為：v（H₂）=$\frac{（5.00-3.52）mol/L}{500s}$=2.96×10^-3mol/（L•s），
故答案為：2.96×10^-3mol/（L•s）；
（2）在1000s內(nèi)用氫氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率是：v（H₂）=$\frac{（5.00-2.48）mol/L}{1000s}$=2.52×10^-3mol/（L•s），則1000s內(nèi)用CO表示的化學(xué)反應(yīng)速率為：v（CO）=$\frac{1}{2}$v（H₂）=1.26×10^-3mol/（L•s）；1000s時CO的消耗濃度為：△c（H₂）=（2.500-1.24）mol/L=1.26mol/L，氫氣的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.26mol/L}{2.50mol/L}$×100%=50.4%，
故答案為：1.26×10^-3mol/（L•s）；50.4%；
（3）在500s時氫氣的濃度變化為：△c（H₂）=（5.00-3.52）mol/L=1.48mol/L，由反應(yīng)2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）可知，生成甲醇的物質(zhì)的量濃度為：c（CH₃OH）=$\frac{1}{2}$△c（H₂）=0.74mol/L，
故答案為：0.74mol/L；
（4）A．由于該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不隨時間而變化，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；    
B．由于該反應(yīng)是恒容條件下進(jìn)行，反應(yīng)前后的氣體質(zhì)量守恒，所以反應(yīng)過程中混合氣體的密度不發(fā)生變化，所以不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；
C．三種氣體的濃度相等，不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，與各物質(zhì)的起始量有關(guān)，所以不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；              
D．CH₃OH的分解速率與生成速率相等，即正逆反應(yīng)速率相等，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
E．該反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減小，質(zhì)量守恒，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化，說明反應(yīng)已經(jīng)處于平衡狀態(tài)；
故選ADE．

點(diǎn)評 本題考查了反應(yīng)速率的計算、平衡狀態(tài)的判斷，題目難度中等，注意明確化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)成正比，掌握化學(xué)反應(yīng)速率的概念及其表達(dá)式．