Question

9．“低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视．所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题．
（1）用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式：
5 C+4 KMnO₄+6 H₂SO₄→5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O；
（2）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验1条件下平衡常数K=2.67（取小数二位，下同）；
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b 的值＜1 （填具体值或取值范围）；
③实验4，若900℃时，在此容器中加入10molCO，5molH₂O，2molCO₂，5molH₂，则此时V_正＜V_逆（填“＜”、“＞”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）反应中C元素的化合价由0升高为+4价，Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，结合化合价升降总数相等以及质量守恒定律配平；
（2）①先求得各物质平衡时的浓度，再根据平衡常数等于生成物浓度系数次幂之积除以反应物浓度系数次幂之积求得平衡常数；
②在反应中当反应物的物质的量之比等于化学计量数之比时，各反应物的转化率相等，某一种反应物越多，其转化率越低，而另一种反应物的转化率则越高，据此答题；
③根据浓度商Qc与平衡常数K的大小，判断反应进行的方向，进而确定正逆反应的速率．

解答 解：（1）反应中C元素的化合价由0升高为+4价，Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，该反应中转移20e^-，由电子守恒和质量守恒定律可知得化学反应为5C+4KMnO₄+6HSO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，
故答案为：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：2       1        0        0
变化（mol）：0.8     0.8      0.8      0.8
平衡（mol）：1.2     0.2      0.8      0.8
所以平衡常数K=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.67，故答案为：2.67；
②在反应中当反应物的物质的量之比等于化学计量数之比时，各反应物的转化率相等，某一种反应物越多，其转化率越低，而另一种反应物的转化率则越高，所以要使CO的转化率大于水蒸气，则0＜$\frac{a}{b}$＜1，故答案为：0＜$\frac{a}{b}$＜1；
③900℃时，当容器中加入10molCO，5molH₂O，2molCO₂，5molH₂时，浓度商Qc=$\frac{1×2.5}{5×2.5}$=0.2＜2.67=K，所以此时平衡要逆向移动，故V_正＜V_逆，故答案为：＜．

点评 本题主要考查了氧化还原反应的配平、化学平衡常数的计算、等知识点，综合性较强，中等难度，解题时注意对基础知识的灵活运用．