Question

13．“低碳循環(huán)”、如何降低大氣中CO₂的含量、有效地開(kāi)發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視．
I． 用電弧法合成的儲(chǔ)氫納米碳管，可用如下氧化法提純，請(qǐng)完成下述反應(yīng)：
5 C+4 KMnO₄+6  H₂SO₄→5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6  H₂O
II．某研究小組現(xiàn)將三組CO（g）與H₂O（g）的混合氣體分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，得到如下數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量（mol）		平衡量（mol）		達(dá)到平衡所 需要時(shí)間/min
		CO（g）	H2O（g）	CO2（g）	H2（g）
I	800	2	2	x	1	5
II	900	1	2	0.5	0.5	tm
III	900	2	4	y	y	tn

（1）實(shí)驗(yàn)I中，前5min的反應(yīng)速率υ（CO₂）=0.1mol•L^?1•min^?1．
（2）下列能判斷在800℃實(shí)驗(yàn)條件下CO（g）與H₂O（g）反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是D．
A．容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化     B．$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=2
C．混合氣體密度不變       D．υ_正（CO）=υ_逆（CO₂）
（3）實(shí)驗(yàn)Ⅲ中：y=1．
（4）若實(shí)驗(yàn)Ⅲ的容器改為在絕熱的密閉容器中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)測(cè)得H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率a（H₂O）隨時(shí)間變化的示意圖，如圖所示，b點(diǎn)：υ_正＞υ_逆（填“＜”．“=”或“＞”）．

Answer 1

分析 I．反應(yīng)中C→CO₂，碳元素化合價(jià)由0價(jià)升高為+4價(jià)，共升高4價(jià)，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，共降低5價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為20，故C的系數(shù)為5，故KMnO₄系數(shù)為4，結(jié)合原子守恒配平后方程式；
Ⅱ．（1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
（2）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，同種物質(zhì)的正、逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量、濃度、含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它量不變，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）II和III為同溫下的反應(yīng)，III相當(dāng)于在II的基礎(chǔ)上增大了反應(yīng)物的濃度，壓強(qiáng)增大一倍，而壓強(qiáng)增大平衡不移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變；
（4）由圖可知，c點(diǎn)轉(zhuǎn)化率最高，處于平衡狀態(tài)，而是升高溫度平衡逆向移動(dòng)，c點(diǎn)之前均未到達(dá)平衡狀態(tài)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行．

解答 解：I．反應(yīng)中C→CO₂，碳元素化合價(jià)由0價(jià)升高為+4價(jià)，共升高4價(jià)，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，共降低5價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為20，故C的系數(shù)為5，故KMnO₄系數(shù)為4，結(jié)合原子守恒配平后方程式為：5C+4KMnO₄+6H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，
故答案為：5；4；5；4；2；
Ⅱ．（1）v（H₂）=$\frac{\frac{1mol}{2L}}{5min}$=0.1mol•（L•min）^-1，速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之，則v（CO₂）=v（H₂）=0.1mol•（L•min）^-1，故答案為：0.1；
（2）A．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不發(fā)生變化，容器中始終壓強(qiáng)不變，不能說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故A錯(cuò)誤；
B． 容器的體積為2L，初始濃度=1mol/L
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開(kāi)始（mol/L）：1      1         0      0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.5     0.5      0.5    0.5
平衡（mol/L）：0.5     0.5      0.5    0.5
800℃平衡常數(shù)K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1，而$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=2＞K=1，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；
C．容器體積不變，氣體的質(zhì)量不變，故密度始終不變，故密度不變不能說(shuō)明達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；
D．由方程式可知υ_逆（CO）=υ_逆（CO₂），由于υ_正（CO）=υ_逆（CO₂），故υ_逆（CO）=υ_正（CO），反應(yīng)到達(dá)平衡，故D正確，
故選：D；
（3）II和III為同溫下的反應(yīng)，III相當(dāng)于在II的基礎(chǔ)上增大了反應(yīng)物的濃度，壓強(qiáng)增大一倍，而壓強(qiáng)增大平衡不移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變，故y=2×0.5=1，
故答案為：1；
（4）由圖可知，c點(diǎn)轉(zhuǎn)化率最高，處于平衡狀態(tài)，而是升高溫度平衡逆向移動(dòng)，c點(diǎn)之前均未到達(dá)平衡狀態(tài)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故b點(diǎn)υ_正＞υ_逆，
故答案為：＞．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、氧化還原反應(yīng)配平等，II中（3）注意利用等效思想進(jìn)行分析解答，難度中等．