Question

2．某溫度下，10L密閉容器中充入2mol CH₄和3mol H₂O（g），發(fā)生CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）反應，反應進行到4s時CO₂的濃度為0.08mol/L，再過一段時間反應達平衡，平衡時容器的壓強是起始時的1.4倍．則 
①前4s以CH₄濃度變化表示的平均反應速率為多少？
②4s時，混合氣體中H₂的體積分數(shù)為多少？
③平衡時，H₂O（g）的濃度是多少？（要求：寫出計算過程）

Answer 1

分析 反應進行到4s時CO₂的濃度為0.08mol/L，生成CO₂的物質(zhì)的量為0.08mol/L×10L=0.8mol，則
        CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）
開始   2               3                 0              0
轉(zhuǎn)化 0.8           1.6               0.8             3.2
4s     1.2           2.4               0.8              3.2
以此解答①②；
設(shè)達到平衡時，轉(zhuǎn)化的甲烷為xmol，則
        CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）
開始   2               3                 0              0
轉(zhuǎn)化   x               2x                x             4x
平衡 2-x             3-2x              x             4x
平衡時容器的壓強是起始時的1.4倍，則$\frac{2-x+3-2x+x+4x}{2+3}$=1.4，解得x=1，以此解答③．

解答 解：反應進行到4s時CO₂的濃度為0.08mol/L，生成CO₂的物質(zhì)的量為0.08mol/L×10L=0.8mol，則
        CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）
開始   2               3                 0              0
轉(zhuǎn)化 0.8           1.6               0.8             3.2
4s     1.2           2.4               0.8              3.2
①v（CH₄）=$\frac{\frac{0.8mol}{10L}}{4s}$=0.02mol/（L•s），
答：前4s以CH₄濃度變化表示的平均反應速率為0.02mol/（L•s）；
②4s時，混合氣體中H₂的體積分數(shù)為$\frac{3.2mol}{1.2mol+1.4mol+0.8mol+3.2mol}$×100%=48.5%，
答：4s時，混合氣體中H₂的體積分數(shù)為48.5%；
③設(shè)達到平衡時，轉(zhuǎn)化的甲烷為xmol，則
        CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）
開始   2               3                 0              0
轉(zhuǎn)化   x               2x                x             4x
平衡 2-x             3-2x              x             4x
平衡時容器的壓強是起始時的1.4倍，則$\frac{2-x+3-2x+x+4x}{2+3}$=1.4，
解得x=1，平衡時，H₂O（g）的濃度是$\frac{3mol-2×1mol}{10L}$=0.1mol/L，
答：平衡時，H₂O（g）的濃度是0.1mol/L．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握化學平衡三段法、各物質(zhì)的量的關(guān)系等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計算能力的考查，注意4s時沒有達到平衡，題目難度不大．