Question

8．草酸（H₂C₂O₄）广泛存在于食品中，人们对其及相关产品进行了深入研究．
（1）H₂C₂O₄ （s）?H₂O（g）+CO（g）+CO₂（g）△H=+340kJ•mol^-1，写出此反应的平衡常数表达式 K=c（H₂O）•c（CO）•c（CO₂）；密闭容器中，保持温度不变，下列有关选项正确的是AB
A．恒容时，容器的压强不再变化，说明该反应已达到化学平衡状态
B．恒压时，容器的体积不再变化，说明该反应已达到化学平衡状态
C．气体摩尔体积不再发生变化，说明该反应已达到化学平衡状态
D．气体平均摩尔质量不再发生变化，说明该反应已达到化学平衡状态
（2）草酸分解所需燃料可以是CO，通过甲烷制备CO：
CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H＞O．常温下，在2L的密闭容器中通入4mol CH₄气体和6mol CO₂气体发生反应，5min后达到平衡，测得CO气体的浓度为0.1mol•L^-1．
①平衡时，该反应的平均反应速率v（CO₂）=0.01 mol•L^-1min^-1．
②在不改变反应混合物用量的前提下，为了提高CH₄气体的转化率，可采取的措施是升高温度或增大容器的体积（减小压强）．
（3）电解饱和草酸溶液可以制得高档香料乙醛酸（H₂C₂O₃），装置如下图1所示，写出复合膜电极的电极反应式H₂C₂O₄+2H⁺+2e^-=H₂C₂O₃+H₂O．

（4）在K₃Fe（C₂O₄）₃溶液中存在：[Fe（C₂O₄）₃]^3-?Fe³⁺+3C₂O₄^2-，常温下，该溶液中[Fe（C₂O₄）₃]^3-的浓度与温度的关系如图2所示，则A点的c（Fe³⁺）＜B点的c（Fe³⁺）  （填“＜”“＞”或“=”）；草酸是一种温和的还原剂，其他条件不变，向K₃Fe（C₂O₄）₃溶液中加入少量KMnO₄固体，Fe³⁺的浓度增大（填“增大”“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写；
（2）①反应速率v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$；
②在不改变反应混合物用量的前提下，为了提高CH₄气体的转化率，可使平衡右移；
（3）用惰性电极电解饱和草酸溶液，草酸在阴极放电，C由+3价降到+1价，得到2个电子，电极反应式为H₂C₂O₄+2H⁺+2e^-=H₂C₂O₃+H₂O；
（4）从图2所示知温度升高溶液中[Fe（C₂O₄）₃]^3-的浓度减小，平衡右移；
草酸是一种温和的还原剂，加入少量KMnO₄固体，草酸被氧化，浓度减小，平衡右移．

解答 解：（1）反应H₂C₂O₄ （s）?H₂O（g）+CO（g）+CO₂（g）△H=+340kJ•mol^-1的平衡常数表达式 K=c（H₂O）•c（CO）•c（CO₂）；
密闭容器中，保持温度不变，
A．反应H₂C₂O₄ （s）?H₂O（g）+CO（g）+CO₂（g）是一个气体体积增大的反应，恒容时，容器的压强不再变化，说明该反应已达到化学平衡状态，故A正确；
B．反应H₂C₂O₄ （s）?H₂O（g）+CO（g）+CO₂（g）是一个气体体积增大的反应，恒压时，容器的体积不再变化，说明该反应已达到化学平衡状态，故B正确；
C．气体摩尔体积只与气体状态有关，当气体摩尔体积不再发生变化，不能说明该反应已达到化学平衡状态，故C错误；
D．生成物气体是按照固定比例生成的，气体平均摩尔质量不发生变化，所以气体平均摩尔质量不再发生变化，不能说明该反应已达到化学平衡状态，顾D错误，
故答案为：c（H₂O）•c（CO）•c（CO₂）；AB；
（2）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H＞O．
起始（mol）4        6         0       0
变化（mol）0.1×1  0.1×1   0.1×2   0.1×2      
平衡（mol）3.9     5.9      0.1×2   0.1×2       
①平衡时，该反应的平均反应速率v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.1×1}{2}}{5}$=0.01mol•L^-1min^-1，
故答案为：0.01；
②反应CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H＞O正反应为吸热反应，且是一个气体体积增大的反应，故升高温度或增大容器的体积（减小压强）平衡右移，CH₄气体的转化率升高，
故答案为：升高温度或增大容器的体积（减小压强）；
（3）用惰性电极电解饱和草酸溶液，草酸在阴极放电，C由+3价降到+1价，得到2个电子，电极反应式为H₂C₂O₄+2H⁺+2e^-=H₂C₂O₃+H₂O，
故答案为：H₂C₂O₄+2H⁺+2e^-=H₂C₂O₃+H₂O；
（4）从图2所示知温度升高溶液中[Fe（C₂O₄）₃]^3-的浓度减小，[Fe（C₂O₄）₃]^3-?Fe³⁺+3C₂O₄^2-平衡右移，则A点的c（Fe³⁺）＜B点的c（Fe³⁺）． 
草酸是一种温和的还原剂，加入少量KMnO₄固体，草酸被氧化，浓度减小，平衡右移，Fe³⁺的浓度增大．
故答案为：＜；增大．

点评 本题考查平衡状态的判断、电化学、反应速率、平衡影响因素，题目较为综合且具有一定难度，做题时注意抓住反应的现象，以此推断物质可能具有的性质．