Question

14．碳及其化合物的開發(fā)利用已成為科學(xué)家研究的重要課題，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中有十分重要的地位．
Ⅰ：草酸鈣晶體（CaC₂O₄•H₂O）可用作分離稀有金屬的載體．
（1）在一定溫度下向1L的密閉容器放入足量草酸鈣（固體所占體積忽略不計(jì)）發(fā)生反應(yīng)：CaC₂O₄（s）?CaO（s）+CO（g）+CO₂（g），若前5min內(nèi)生成CaO的質(zhì)量為11.2g，則該段時(shí)間內(nèi)v（CO）=0.04mol•L^-1•min^-1；當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，將容器體積壓縮為0.5L，一段時(shí)間后反應(yīng)再次達(dá)到平衡，則下列說(shuō)法正確的是CD（填答案選項(xiàng)編號(hào)）．
A．壓縮容器體積，CaC₂O₄的分解率增大
B．平衡移動(dòng)后，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)減小
C．平衡移動(dòng)后，CO和CO₂的濃度都沒(méi)有改變
D．平衡移動(dòng)后，CaO的質(zhì)量減少
（2）某溫度下數(shù)據(jù)：K_φ（CaC₂O₄）=5.0×10^-9；K_φ（CaCO₃）=2.5×10^-9
向0.6mol/L的Na₂CO₃溶液中加入足量CaC₂O₄粉末后（忽略溶液體積變化），充分?jǐn)嚢�，發(fā)生反應(yīng)：
CO₃^2-（aq）+CaC₂O₄（s）?CaCO₃（s）+C₂O₄^2-（aq）．靜置后沉淀轉(zhuǎn)化達(dá)到平衡．求此時(shí)溶液中的c（C₂O₄^2-）=0.4mol•L^-1．
Ⅱ．甲烷水蒸氣重整制合成氣是利用甲烷資源的途徑之一，該過(guò)程的主要反應(yīng)是CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0其他條件相同時(shí)，在相同時(shí)間內(nèi)，反應(yīng)分別在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）或不同溫度下反應(yīng)，測(cè)得CH₄的轉(zhuǎn)化率變化如圖所示．

（1）在相同條件下，三種催化劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的順序是Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ．
（2）a點(diǎn)v_正（CH₄）大于v_逆（CO）（填寫“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）c點(diǎn)CH₄的轉(zhuǎn)化率高于b點(diǎn)，原因是b和c都沒(méi)平衡，c點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高．
Ⅲ．工業(yè)上用焦炭與水蒸氣在高溫下制取水煤氣，在化工生產(chǎn)中有重要用途．一定條件下，將C（s）和H₂O（g）分別加入甲、乙兩個(gè)密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：
C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）．其相關(guān)數(shù)據(jù)如表所示：

容積	容積/L	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
			C（s）	H2O	H2
甲	2	T1	2	4	3.2	8
乙	1	T2	1	2	1.2	3

（1）溫度T₂＞T₁的理由是甲乙兩容器中反應(yīng)物濃度相同，乙達(dá)到平衡所有時(shí)間短，說(shuō)明T₂溫度高．
（2）該反應(yīng)達(dá)到平衡后，升高溫度，H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率變�。ㄌ顚憽白兇蟆薄ⅰ白冃　保�．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）前5min 內(nèi)生成CaO的質(zhì)量為11.2g，n（CO）=n（CaO）=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，則v（CO）=$\frac{0.2mol}{1L•5min}$=0.04mol•L^-1•min^-1；該反應(yīng)中只有CO和CO₂為氣體，將容器體積由1L壓縮為0.5L，氣體濃度增大，平衡逆向移動(dòng)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，即K=[CO]•[CO₂]不變，據(jù)此分析；
（2）該反應(yīng)的K=$\frac{[{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}]}{[C{{O}_{3}}^{2-}]^{\;}}$=$\frac{[{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}]•[C{a}^{2+}]}{[C{{O}_{3}}^{2-}]•[C{a}^{2+}]}$=$\frac{Ksp（CaC{{\;}_{2}O}_{4}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$=$\frac{5.0×1{0}^{-9}}{2.5×1{0}^{-9}}$=2.0，設(shè)c（CO₃^2-）轉(zhuǎn)化了x，則生成c（C₂O₄^2-）=x，剩余c（CO₃^2-）=（0.6-x），結(jié)合K的表達(dá)式計(jì)算；
Ⅱ、根據(jù)圖象，反應(yīng)①在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反應(yīng)相同時(shí)間后，CH₄的轉(zhuǎn)化率為Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，結(jié)合催化劑只改變反應(yīng)速率不改變平衡移動(dòng)，所以最終不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達(dá)平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率相同，據(jù)此分析；
Ⅲ、從表中數(shù)據(jù)可知，甲乙兩容器中反應(yīng)物濃度相同，乙達(dá)到平衡所有時(shí)間短，說(shuō)明T₂溫度高，乙中水的轉(zhuǎn)化率低，說(shuō)明溫度越高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越低，正反應(yīng)放熱．

解答 解：Ⅰ、（1）前5min 內(nèi)生成CaO的質(zhì)量為11.2g，n（CO）=n（CaO）=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，則v（CO）=$\frac{0.2mol}{1L•5min}$=0.04mol•L^-1•min^-1；
A、該反應(yīng)中只有CO和CO₂為氣體，將容器體積由1L壓縮為0.5L，氣體濃度增大，平衡逆向移動(dòng)，CaC₂O₄的分解率減小，故A錯(cuò)誤；
B、溫度不變，平衡常數(shù)不變，故B錯(cuò)誤；
C、溫度不變，平衡常數(shù)不變，即K=[CO]•[CO₂]不變，所以平衡移動(dòng)后，CO和CO₂的濃度都沒(méi)有改變，故C正確；
D、平衡逆向移動(dòng)，CaO質(zhì)量減小，故D正確；
故答案為：0.04；CD；
（2）該反應(yīng)的K=$\frac{[{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}]}{[C{{O}_{3}}^{2-}]^{\;}}$=$\frac{[{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}]•[C{a}^{2+}]}{[C{{O}_{3}}^{2-}]•[C{a}^{2+}]}$=$\frac{Ksp（CaC{{\;}_{2}O}_{4}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$=$\frac{5.0×1{0}^{-9}}{2.5×1{0}^{-9}}$=2.0，設(shè)c（CO₃^2-）轉(zhuǎn)化了x，則生成c（C₂O₄^2-）=x，剩余c（CO₃^2-）=（0.6-x），可得方程：$\frac{x}{0.6-x}$=2.0，解得x=0.4 mol•L?¹，
故答案為：0.4；
Ⅱ、（1）根據(jù)圖象，反應(yīng)①在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反應(yīng)相同時(shí)間后，CH₄的轉(zhuǎn)化率為Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，所以三種催化劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的順序是
Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，故答案為：Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ；
（2）因?yàn)榇呋瘎┲桓淖兎磻?yīng)速率不改變平衡移動(dòng)，所以最終不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達(dá)平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率相同，故a點(diǎn)所代表的狀態(tài)沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)正向進(jìn)行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故答案為：大于；
（3）此時(shí)反應(yīng)一直向正反應(yīng)方向移動(dòng)，b和c都沒(méi)平衡，c點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高，所以c點(diǎn)CH₄的轉(zhuǎn)化率高于b點(diǎn)，故答案為：b和c都沒(méi)平衡，c點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高；
Ⅲ、（1）從表中數(shù)據(jù)可知，甲乙兩容器中反應(yīng)物濃度相同，乙達(dá)到平衡所有時(shí)間短，說(shuō)明T₂溫度高，故答案為：甲乙兩容器中反應(yīng)物濃度相同，乙達(dá)到平衡所有時(shí)間短，說(shuō)明T₂溫度高；
（2）乙中水的轉(zhuǎn)化率低，說(shuō)明溫度越高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越低，正反應(yīng)放熱，升溫反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低，故答案為：變�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率的求算、化學(xué)平衡的移動(dòng)以及據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)判斷平衡狀態(tài)、沉淀轉(zhuǎn)化的計(jì)算、圖象分析、影響平衡移動(dòng)的因素，題目難度較大．