Question

12．Ⅰ煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比等问题．
已知：CO （g）+H₂O （g）?H₂ （g）+CO₂ （g）平衡常数K随温度的变化如下表：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

回答下列问题
（1）该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}0）}$，△H=＜0（填“＜”、“＞”、“=”）
（2）已知在一定温度下，C（s）+CO₂ （g）?2CO （g）平衡常数K₁
C（s）+H₂O （g）?H₂ （g）+CO （g）平衡常数K₂，
则K、K₁、K₂，之间的关系是K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$
（3）800℃时，向一个10L的恒容反应器中充入0.40molCO和1.60mol水蒸气，经一段时 间后反应达到平衡，此时CO的转化率为80%；若保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.10molCO和0.40mol CO₂，此时v_正=v_逆 （填“＞”、“=”或“＜”）．
     某小组利用H₂C₂O₄溶液和酸性KMnO₄溶液反应来探究“条件对化学反应速率的影响”．
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，当溶液中的KMnO₄耗尽后，紫色溶液将褪去．为确保能观察到紫色褪去，H₂C₂O₄与KMnO₄初始的物质的量需要满足的关系为n（H₂C₂O₄）：n（KMnO₄）≥2.5．
（5）为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，该小组设计了如下实验方案

实验序号	反应温度/℃	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，理由是保证其它条件不变，只改变H₂C₂O₄的浓度，从而达到对比的目的．

Answer 1

分析 （1）根据反应方程式及化学平衡常数表达式完成；根据表中数据，温度升高，化学平衡常数增大进行判断；
（2）根据化学平衡常数表达式计算解答；
（3）令CO的浓度变化为c，用三段式表示出各物质变化的浓度、平衡时的浓度，再根据平衡常数计算，比较浓度商与平衡常数K的关系；
（4）根据化合价升降相等，来配平即可得出答案；
（5）研究反应物浓度对化学反应速率的影响，其条件不变的情况下只改变温度．

解答 解：（1）根据反应CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）及化学平衡常数表达式，K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}0）}$，由于温度升高，该反应的化学平衡常数减小，平衡向着逆向移动，正向反应是放热反应，所以△H＜0，故答案为：K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}0）}$；＜；
（2））①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常数K₁；
②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常数K₂；
③CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常数K；
③=②-①，故K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$，
故答案为：K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$；
（3）对于反应 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
开始（mol/L）：0.04   0.16      0       0
变化（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的转化率为$\frac{0.032mol/L}{0.04mol/L}$×100%=80%．
则平衡时各量为：
对于反应       CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
开始（mol/L）：0.04    0.16      0       0
变化（mol/L） 0.032   0.032    0.032    0.032
平衡（mol/L）：0.008  0.128    0.032    0.032
改变后的量为：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
改变后（mol/L）：0.018 0.128 0.032 0.072
Qc=$\frac{0.032×0.072}{0.018×0.128}$=1=K，所以平衡不移动，
故答案为：80%；=；
（4）H₂C₂0₄中碳由+3价变为+4价，升高1×2；而锰由+7变为+2，降低5价；升降守恒，所以最小公倍数为5；即n（H₂C₂0₄）：n（KMnO₄）≥2.5，故答案为：≥2.5；
（5）只改变草酸的浓度，而混合溶液的体积不变，进行对照试验，探究浓度对反应速率的影响，实验①溶液的体积是13mL，所以x=2ml，故答案为：2；保证其它条件不变，只改变H₂C₂O₄的浓度，从而达到对比的目的．

点评 本题考查平衡常数及其相关计算、平衡移动原理、平衡标志的判断等，根据平衡常数求转化率，题目难度中等，试题侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力．