Question

13．“低碳循環(huán)”、如何降低大氣中CO₂的含量、有效地開發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視．
I． 用電弧法合成的儲氫納米碳管，可用如下氧化法提純，請完成下述反應：
5 C+4 KMnO₄+6  H₂SO₄→5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6  H₂O
II．某研究小組現將三組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：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，得到如下數據：

實驗組	溫度/℃	起始量（mol）		平衡量（mol）		達到平衡所 需要時間/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）實驗I中，前5min的反應速率υ（CO₂）=0.1mol•L^?1•min^?1．
（2）下列能判斷在800℃實驗條件下CO（g）與H₂O（g）反應一定達到平衡狀態(tài)的是D．
A．容器內壓強不再變化     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）實驗Ⅲ中：y=1．
（4）若實驗Ⅲ的容器改為在絕熱的密閉容器中進行，實驗測得H₂O（g）的轉化率a（H₂O）隨時間變化的示意圖，如圖所示，b點：υ_正＞υ_逆（填“＜”．“=”或“＞”）．

Answer 1

分析 I．反應中C→CO₂，碳元素化合價由0價升高為+4價，共升高4價，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合價由+7價降低為+2價，共降低5價，化合價升降最小公倍數為20，故C的系數為5，故KMnO₄系數為4，結合原子守恒配平后方程式；
Ⅱ．（1）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（CO₂）；
（2）反應達到平衡狀態(tài)時，同種物質的正、逆反應速率相等，平衡時各組分的物質的量、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，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（3）II和III為同溫下的反應，III相當于在II的基礎上增大了反應物的濃度，壓強增大一倍，而壓強增大平衡不移動，反應物轉化率不變；
（4）由圖可知，c點轉化率最高，處于平衡狀態(tài)，而是升高溫度平衡逆向移動，c點之前均未到達平衡狀態(tài)，反應向正反應進行．

解答 解：I．反應中C→CO₂，碳元素化合價由0價升高為+4價，共升高4價，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合價由+7價降低為+2價，共降低5價，化合價升降最小公倍數為20，故C的系數為5，故KMnO₄系數為4，結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，速率之比等于化學計量數之，則v（CO₂）=v（H₂）=0.1mol•（L•min）^-1，故答案為：0.1；
（2）A．反應前后氣體的物質的量不發(fā)生變化，容器中始終壓強不變，不能說明反應到達平衡，故A錯誤；
B． 容器的體積為2L，初始濃度=1mol/L
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol/L）：1      1         0      0
轉化（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，反應向逆反應進行，故B錯誤；
C．容器體積不變，氣體的質量不變，故密度始終不變，故密度不變不能說明達到平衡，故C錯誤；
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），反應到達平衡，故D正確，
故選：D；
（3）II和III為同溫下的反應，III相當于在II的基礎上增大了反應物的濃度，壓強增大一倍，而壓強增大平衡不移動，反應物轉化率不變，故y=2×0.5=1，
故答案為：1；
（4）由圖可知，c點轉化率最高，處于平衡狀態(tài)，而是升高溫度平衡逆向移動，c點之前均未到達平衡狀態(tài)，反應向正反應進行，故b點υ_正＞υ_逆，
故答案為：＞．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、氧化還原反應配平等，II中（3）注意利用等效思想進行分析解答，難度中等．