Question

氢能是极具发展潜力的清洁能源，氢气的开发和综合利用是目前全球重要的科研项目之一。回答下列问题：

（1）T℃时，向体积均为1L的甲、乙两个恒容容器中分别加入足量碳和0.1molH₂O（g），发生反应：H₂O(g)+C(s)⇌CO(g)+H₂(g)  △H＞0。甲容器控制绝热条件，乙容器控制恒温条件，两容器中压强随时间的变化如图所示。

①图中代表甲容器的曲线为__（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。

②下列关于甲容器反应体系的说法错误的是__。

A．当水蒸气的体积分数不再发生变化，反应达到平衡状态

B．从密闭容器中分离出部分固体碳，H₂的体积分数减小

C．缩小容器体积，平衡逆向移动，平衡常数减小

D．向平衡体系中充入少量水蒸气，再次平衡后，容器中c(CO)增大

③乙容器中，从反应开始到达平衡，v(H₂O)=__mol•L^-l•min^-l；T℃下，该反应的平衡常数K_p=___（用含p的代数式表示）。

（2）对于反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)，速率方程v═kc^m(A)•cⁿ(B)，k为速率常数（只受温度影响），m+n为反应级数。已知H₂(g)+CO₂(g)⇌CO(g)+H₂O(g)，CO的瞬时生成速率=kc^m(H₂)•c(CO₂)²。一定温度下，控制CO₂起始浓度为0.25mol•L^-1，改变H₂起始浓度，进行以上反应的实验，得到CO的起始生成速率和H₂起始浓度呈如图所示的直线关系。

①该反应的反应级数为__。

②速率常数k=__。

③当H₂的起始浓度为0.2mol•L^-1，反应进行到某一时刻时，测得CO₂的浓度为0.2mol•L^-1，此时CO的生成瞬时速率v=__mol•L^-l•s^-1。

Answer

Ⅱ BD 0.01 3.2p 3 60 0.5625

【解析】

(1)①该反应为吸热反应，甲容器绝热条件下体系温度降低，反应速率低，达平衡所需时间长，平衡逆向移动，体系压强降低；

②A．水蒸气体积分数不变，即各物质浓度不变；

B．固体无浓度，不改变平衡移动；

C．缩小容器体积，压强增大，平衡逆移，绝热情况下体系温度升高，平衡常数减小；

D．向平衡体系中充入少量水蒸气，根据勒夏特列原理分析；

③列三段式：

压强与物质的量成正比，，解出x，根据v(H2O)==进行计算，平衡常数K=；

(2)①根据N2的瞬时生成速率v=kcm(H2)c2(CO2)与H2起始浓度呈直线关系进行分析；

②将图象上的点（0.4，1.5）代入瞬时速率中即可得结果；

③由于CO2起始浓度为0.25mol•L-1，反应进行到某一时刻时，测得CO2的浓度为0.2mol•L-1，△c(CO2)=(0.25-0.2)mol/L=0.05mol/L，△c(H2)=△c(CO2)=0.05mol/L，结合瞬时速率公式进行计算。

(1)①甲容器控制绝热条件，该反应吸热，体系温度低，转化率低，产生气体总量少，压强较小，则图中代表恒容绝热密闭容器的曲线为Ⅱ；

②A．该反应前后气体体积不相等，当水蒸气的体积分数不再发生变化时，反应达到平衡状态，故A正确；

B．碳是固体，平衡时从密闭容器中分离出部分固体碳，不影响平衡体系，各气体的体积分数不变，故B错误

C．甲容器控制绝热条件，该反应吸热，压缩体积，压强增大，体系温度升高，平衡逆向移动，平衡常平衡常数减小，故C正确；

D．向平衡体系中充入少量水蒸气，根据勒夏特列原理知容器中c(CO)降低，故D错误；

答案选BD；

③乙容器为恒温恒容密闭容器，曲线Ⅰ代表该容器的变化，设平衡时水蒸气的物质的量为x，8min达到平衡，压强变为原来的1.8倍，列三段式：

，解得x=0.02，v(H2O)==0.01 mol∙L-1∙min-1；该反应的平衡常数Kp==3.2p。

(2)①根据CO的瞬时生成速率v=kcm(H2)c2(CO2)与H2起始浓度呈直线关系可知，m=1，该反应的反应级数为1+2=3；

②将图象上的点（0.4，1.5）代入v=k•c(H2)c2(CO2)中有：1.5=0.4×k×0.252，即k=60；

③由于CO2起始浓度为0.25mol•L-1，反应进行到某一时刻时，测得CO2的浓度为0.2mol•L-1，△c(CO2)=（0.25-0.2）mol/L=0.05mol/L，△c(H2)=△c(CO2)=0.05mol/L，H2的瞬时浓度为c(H2)=(0.2-0.05)mol/L=0.15mol/L，此时CO的生成瞬时速率v=60×0.15×0.252=0.5625。