Question

9．“低碳循環(huán)”已引起各國家的高度重視，而如何降低大氣中CO₂的含量和有效地開發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視．所以“低碳經(jīng)濟”正成為科學(xué)家研究的主要課題．
（1）用電弧法合成的儲氫納米碳管常伴有大量的碳納米顆粒（雜質(zhì)），這種顆粒可用如下氧化法提純，請完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式：
5 C+4 KMnO₄+6 H₂SO₄→5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O；
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時間/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實驗1條件下平衡常數(shù)K=2.67（取小數(shù)二位，下同）；
②實驗3中，若平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a/b 的值＜1 （填具體值或取值范圍）；
③實驗4，若900℃時，在此容器中加入10molCO，5molH₂O，2molCO₂，5molH₂，則此時V_正＜V_逆（填“＜”、“＞”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)中C元素的化合價由0升高為+4價，Mn元素的化合價由+7價降低為+2價，結(jié)合化合價升降總數(shù)相等以及質(zhì)量守恒定律配平；
（2）①先求得各物質(zhì)平衡時的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積求得平衡常數(shù)；
②在反應(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比時，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一種反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率則越高，據(jù)此答題；
③根據(jù)濃度商Qc與平衡常數(shù)K的大小，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，進(jìn)而確定正逆反應(yīng)的速率．

解答 解：（1）反應(yīng)中C元素的化合價由0升高為+4價，Mn元素的化合價由+7價降低為+2價，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移20e^-，由電子守恒和質(zhì)量守恒定律可知得化學(xué)反應(yīng)為5C+4KMnO₄+6HSO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，
故答案為：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0        0
變化（mol）：0.8     0.8      0.8      0.8
平衡（mol）：1.2     0.2      0.8      0.8
所以平衡常數(shù)K=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.67，故答案為：2.67；
②在反應(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比時，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一種反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率則越高，所以要使CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則0＜$\frac{a}$＜1，故答案為：0＜$\frac{a}$＜1；
③900℃時，當(dāng)容器中加入10molCO，5molH₂O，2molCO₂，5molH₂時，濃度商Qc=$\frac{1×2.5}{5×2.5}$=0.2＜2.67=K，所以此時平衡要逆向移動，故V_正＜V_逆，故答案為：＜．

點評 本題主要考查了氧化還原反應(yīng)的配平、化學(xué)平衡常數(shù)的計算、等知識點，綜合性較強，中等難度，解題時注意對基礎(chǔ)知識的靈活運用．