Question

14．碳及其化合物的開發(fā)利用已成為科學家研究的重要課題，在工農業(yè)生產和科學研究中有十分重要的地位．
Ⅰ：草酸鈣晶體（CaC₂O₄•H₂O）可用作分離稀有金屬的載體．
（1）在一定溫度下向1L的密閉容器放入足量草酸鈣（固體所占體積忽略不計）發(fā)生反應：CaC₂O₄（s）?CaO（s）+CO（g）+CO₂（g），若前5min內生成CaO的質量為11.2g，則該段時間內v（CO）=0.04mol•L^-1•min^-1；當反應達到平衡后，將容器體積壓縮為0.5L，一段時間后反應再次達到平衡，則下列說法正確的是CD（填答案選項編號）．
A．壓縮容器體積，CaC₂O₄的分解率增大
B．平衡移動后，該反應的化學平衡常數(shù)減小
C．平衡移動后，CO和CO₂的濃度都沒有改變
D．平衡移動后，CaO的質量減少
（2）某溫度下數(shù)據(jù)：K_φ（CaC₂O₄）=5.0×10^-9；K_φ（CaCO₃）=2.5×10^-9
向0.6mol/L的Na₂CO₃溶液中加入足量CaC₂O₄粉末后（忽略溶液體積變化），充分攪拌，發(fā)生反應：
CO₃^2-（aq）+CaC₂O₄（s）?CaCO₃（s）+C₂O₄^2-（aq）．靜置后沉淀轉化達到平衡．求此時溶液中的c（C₂O₄^2-）=0.4mol•L^-1．
Ⅱ．甲烷水蒸氣重整制合成氣是利用甲烷資源的途徑之一，該過程的主要反應是CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0其他條件相同時，在相同時間內，反應分別在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）或不同溫度下反應，測得CH₄的轉化率變化如圖所示．

（1）在相同條件下，三種催化劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的順序是Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ．
（2）a點v_正（CH₄）大于v_逆（CO）（填寫“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）c點CH₄的轉化率高于b點，原因是b和c都沒平衡，c點溫度高，反應速率快，相同時間內轉化率高．
Ⅲ．工業(yè)上用焦炭與水蒸氣在高溫下制取水煤氣，在化工生產中有重要用途．一定條件下，將C（s）和H₂O（g）分別加入甲、乙兩個密閉容器中，發(fā)生反應：
C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）．其相關數(shù)據(jù)如表所示：

容積	容積/L	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達到平衡所需時間/min
			C（s）	H2O	H2
甲	2	T1	2	4	3.2	8
乙	1	T2	1	2	1.2	3

（1）溫度T₂＞T₁的理由是甲乙兩容器中反應物濃度相同，乙達到平衡所有時間短，說明T₂溫度高．
（2）該反應達到平衡后，升高溫度，H₂O（g）的轉化率變�。ㄌ顚憽白兇蟆�、“變小”）．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）前5min 內生成CaO的質量為11.2g，n（CO）=n（CaO）=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，則v（CO）=$\frac{0.2mol}{1L•5min}$=0.04mol•L^-1•min^-1；該反應中只有CO和CO₂為氣體，將容器體積由1L壓縮為0.5L，氣體濃度增大，平衡逆向移動，溫度不變，平衡常數(shù)不變，即K=[CO]•[CO₂]不變，據(jù)此分析；
（2）該反應的K=$\frac{[{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}]}{[C{{O}_{3}}^{2-}]^{\;}}$=$\frac{[{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}]•[C{a}^{2+}]}{[C{{O}_{3}}^{2-}]•[C{a}^{2+}]}$=$\frac{Ksp（CaC{{\;}_{2}O}_{4}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$=$\frac{5.0×1{0}^{-9}}{2.5×1{0}^{-9}}$=2.0，設c（CO₃^2-）轉化了x，則生成c（C₂O₄^2-）=x，剩余c（CO₃^2-）=（0.6-x），結合K的表達式計算；
Ⅱ、根據(jù)圖象，反應①在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反應相同時間后，CH₄的轉化率為Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，結合催化劑只改變反應速率不改變平衡移動，所以最終不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達平衡時CH₄的轉化率相同，據(jù)此分析；
Ⅲ、從表中數(shù)據(jù)可知，甲乙兩容器中反應物濃度相同，乙達到平衡所有時間短，說明T₂溫度高，乙中水的轉化率低，說明溫度越高反應物轉化率越低，正反應放熱．

解答 解：Ⅰ、（1）前5min 內生成CaO的質量為11.2g，n（CO）=n（CaO）=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，則v（CO）=$\frac{0.2mol}{1L•5min}$=0.04mol•L^-1•min^-1；
A、該反應中只有CO和CO₂為氣體，將容器體積由1L壓縮為0.5L，氣體濃度增大，平衡逆向移動，CaC₂O₄的分解率減小，故A錯誤；
B、溫度不變，平衡常數(shù)不變，故B錯誤；
C、溫度不變，平衡常數(shù)不變，即K=[CO]•[CO₂]不變，所以平衡移動后，CO和CO₂的濃度都沒有改變，故C正確；
D、平衡逆向移動，CaO質量減小，故D正確；
故答案為：0.04；CD；
（2）該反應的K=$\frac{[{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}]}{[C{{O}_{3}}^{2-}]^{\;}}$=$\frac{[{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}]•[C{a}^{2+}]}{[C{{O}_{3}}^{2-}]•[C{a}^{2+}]}$=$\frac{Ksp（CaC{{\;}_{2}O}_{4}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$=$\frac{5.0×1{0}^{-9}}{2.5×1{0}^{-9}}$=2.0，設c（CO₃^2-）轉化了x，則生成c（C₂O₄^2-）=x，剩余c（CO₃^2-）=（0.6-x），可得方程：$\frac{x}{0.6-x}$=2.0，解得x=0.4 mol•L?¹，
故答案為：0.4；
Ⅱ、（1）根據(jù)圖象，反應①在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反應相同時間后，CH₄的轉化率為Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，所以三種催化劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的順序是
Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，故答案為：Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ；
（2）因為催化劑只改變反應速率不改變平衡移動，所以最終不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達平衡時CH₄的轉化率相同，故a點所代表的狀態(tài)沒有達到平衡狀態(tài)，反應正向進行，正反應速率大于逆反應速率，故答案為：大于；
（3）此時反應一直向正反應方向移動，b和c都沒平衡，c點溫度高，反應速率快，相同時間內轉化率高，所以c點CH₄的轉化率高于b點，故答案為：b和c都沒平衡，c點溫度高，反應速率快，相同時間內轉化率高；
Ⅲ、（1）從表中數(shù)據(jù)可知，甲乙兩容器中反應物濃度相同，乙達到平衡所有時間短，說明T₂溫度高，故答案為：甲乙兩容器中反應物濃度相同，乙達到平衡所有時間短，說明T₂溫度高；
（2）乙中水的轉化率低，說明溫度越高反應物轉化率越低，正反應放熱，升溫反應物轉化率降低，故答案為：變�。�

點評 本題考查了化學反應速率的求算、化學平衡的移動以及據(jù)化學平衡常數(shù)判斷平衡狀態(tài)、沉淀轉化的計算、圖象分析、影響平衡移動的因素，題目難度較大．