Question

12．Ⅰ煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數、投料比等問題．
已知：CO （g）+H₂O （g）?H₂ （g）+CO₂ （g）平衡常數K隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數K	9.94	9	1

回答下列問題
（1）該反應的平衡常數表達式K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}0）}$，△H=＜0（填“＜”、“＞”、“=”）
（2）已知在一定溫度下，C（s）+CO₂ （g）?2CO （g）平衡常數K₁
C（s）+H₂O （g）?H₂ （g）+CO （g）平衡常數K₂，
則K、K₁、K₂，之間的關系是K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$
（3）800℃時，向一個10L的恒容反應器中充入0.40molCO和1.60mol水蒸氣，經一段時 間后反應達到平衡，此時CO的轉化率為80%；若保持其他條件不變，向平衡體系中再通入0.10molCO和0.40mol CO₂，此時v_正=v_逆 （填“＞”、“=”或“＜”）．
     某小組利用H₂C₂O₄溶液和酸性KMnO₄溶液反應來探究“條件對化學反應速率的影響”．
Ⅱ（4）已知：KMnO₄+H₂C₂O₄+H₂SO₄→MnSO₄+K₂SO₄+CO₂↑+H₂0（未配平），向酸性KMnO₄溶液中加入一定量的H₂C₂O₄溶液，當溶液中的KMnO₄耗盡后，紫色溶液將褪去．為確保能觀察到紫色褪去，H₂C₂O₄與KMnO₄初始的物質的量需要滿足的關系為n（H₂C₂O₄）：n（KMnO₄）≥2.5．
（5）為探究反應物濃度對化學反應速率的影響，該小組設計了如下實驗方案

實驗序號	反應溫度/℃	H2C2O4溶液		酸性KMO4溶液		H2O
		V/mL	c/（mol•L-1）	V/mL	c/（mol•L-1）	V/mL
①	25	8.0	0.20	5.0	0.010	0
②	25	6.0	0.20	5.0	0.010	x

表中x=2 ml，理由是保證其它條件不變，只改變H₂C₂O₄的濃度，從而達到對比的目的．

Answer 1

分析 （1）根據反應方程式及化學平衡常數表達式完成；根據表中數據，溫度升高，化學平衡常數增大進行判斷；
（2）根據化學平衡常數表達式計算解答；
（3）令CO的濃度變化為c，用三段式表示出各物質變化的濃度、平衡時的濃度，再根據平衡常數計算，比較濃度商與平衡常數K的關系；
（4）根據化合價升降相等，來配平即可得出答案；
（5）研究反應物濃度對化學反應速率的影響，其條件不變的情況下只改變溫度．

解答 解：（1）根據反應CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）及化學平衡常數表達式，K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}0）}$，由于溫度升高，該反應的化學平衡常數減小，平衡向著逆向移動，正向反應是放熱反應，所以△H＜0，故答案為：K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}0）}$；＜；
（2））①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常數K₁；
②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常數K₂；
③CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常數K；
③=②-①，故K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$，
故答案為：K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$；
（3）對于反應 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始（mol/L）：0.04   0.16      0       0
變化（mol/L）：c     c        c       c
平衡（mol/L）：0.04-c 0.16-c    c       c
所以$\frac{c×c}{（0.04-c）（0.16-c）}$=9，解得c=0.032
所以CO的轉化率為$\frac{0.032mol/L}{0.04mol/L}$×100%=80%．
則平衡時各量為：
對于反應       CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始（mol/L）：0.04    0.16      0       0
變化（mol/L） 0.032   0.032    0.032    0.032
平衡（mol/L）：0.008  0.128    0.032    0.032
改變后的量為：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
改變后（mol/L）：0.018 0.128 0.032 0.072
Qc=$\frac{0.032×0.072}{0.018×0.128}$=1=K，所以平衡不移動，
故答案為：80%；=；
（4）H₂C₂0₄中碳由+3價變?yōu)?4價，升高1×2；而錳由+7變?yōu)?2，降低5價；升降守恒，所以最小公倍數為5；即n（H₂C₂0₄）：n（KMnO₄）≥2.5，故答案為：≥2.5；
（5）只改變草酸的濃度，而混合溶液的體積不變，進行對照試驗，探究濃度對反應速率的影響，實驗①溶液的體積是13mL，所以x=2ml，故答案為：2；保證其它條件不變，只改變H₂C₂O₄的濃度，從而達到對比的目的．

點評 本題考查平衡常數及其相關計算、平衡移動原理、平衡標志的判斷等，根據平衡常數求轉化率，題目難度中等，試題側重對學生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導與訓練，旨在考查學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力．