Question

5．節(jié)能減排是當(dāng)下環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)．
（1）將CO和氣態(tài)水通入一個(gè)體積固定的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生如下可逆反
應(yīng)：CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H＜0
800℃，在2L恒容密閉容器中，起始時(shí)按照下表數(shù)據(jù)進(jìn)行投料，達(dá)到平衡狀態(tài)，K=l．0．

	H2O	CO	CO2	H2
n/mol	0.20	0.20	0	0

①?gòu)钠鹗冀?jīng)過(guò)5min達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，用生成物CO₂表示該反應(yīng)的反應(yīng)速率v（CO₂）=0.01mol/（L•min）；平衡時(shí)，容器中CO的轉(zhuǎn)化率為50%．
②如圖表示上述反應(yīng)在t_l時(shí)刻達(dá)到平衡，在t₂時(shí)刻因改變某個(gè)條件而發(fā)生變化的情況．則t₂時(shí)刻發(fā)生改變的條件可能是降低溫度或降低H₂濃度或增大H₂O（g）濃度．（寫出一條）

（2）汽車尾氣中的一氧化碳是大氣污染物，可通過(guò)反應(yīng)：
CO（g）+l/2O₂（g）?CO₂（g）降低其濃度．
①某溫度下，在兩個(gè)容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，容器中各物質(zhì)的起始濃度及正逆反應(yīng)速率關(guān)系如下表所示．請(qǐng)?jiān)诒碇械目崭裉幪顚憽埃尽啊埃肌被颉?“．

容器編號(hào)	c（CO）/mol•L-1	c（O2））/mol•L-1	c（CO2））/mol•L-1	v（正）和v（逆）比較
Ⅰ	2.0×10-4	4.0×10-4	4.0×10-2	v（正）=v（逆）
Ⅱ	3.0×10-4	4.0×10-4	5.0×10-2	v（正）＞v（逆）

②相同溫度下，某汽車尾氣中CO、CO₂的濃度分別為l.0×10^-5mol/L和1.0×l0^-4mol/L．若在汽車的排氣管上增加一個(gè)補(bǔ)燃器，不斷補(bǔ)充O₂并使其濃度保持為1.0×l0^-4mol/L，則最終尾氣中CO的濃度為1.1×10^-6mol/L（請(qǐng)保留兩位有效數(shù)字）．
（3）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其K_Sp=2.8×l0^-9．現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×l0^-4mol/L，則生成CaCO₃沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為5.6×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）①結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，設(shè)消耗一氧化碳物質(zhì)的量為x
             CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 0.2       0.2     0       0
變化量（mol） x         x       x       x
平衡量（mol）0.2-x     0.2-x    x       x
800℃，在2L恒容密閉容器中達(dá)到平衡狀態(tài)，K=l，
平衡常數(shù)K=$\frac{{x}^{2}}{（0.2-x）^{2}}$=1
x=0.1
反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%計(jì)算得到；
②由圖可知，t₂時(shí)刻后二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，改變條件，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理與反應(yīng)特點(diǎn)分析解答；
（2）①I中正逆速率相等，處于平衡狀態(tài)，根據(jù)I中數(shù)據(jù)計(jì)算該溫度下平衡常數(shù)，再計(jì)算Ⅱ中濃度商，與平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行情況，進(jìn)而確定正、逆反應(yīng)速率關(guān)系；
②設(shè)平衡時(shí)CO的濃度變化量為xmol/L，利用三段式表示平衡時(shí)各組分的濃度，再利用平衡常數(shù)列方程計(jì)算；
（3）等體積混合后溶液中碳酸根的濃度為1×l0^-4mol/L，利用溶度積計(jì)算需要鈣離子濃度，再根據(jù)稀釋定律計(jì)算所需CaCl₂溶液的最小濃度．

解答 解：（1）①設(shè)消耗一氧化碳物質(zhì)的量為x，
             CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 0.2       0.2     0       0
變化量（mol） x         x       x       x
平衡量（mol）0.2-x     0.2-x    x       x
800℃，在2L恒容密閉容器中達(dá)到平衡狀態(tài)，K=l，
平衡常數(shù)K=$\frac{{x}^{2}}{（0.2-x）^{2}}$=1，解得x=0.1，
生成物CO₂表示該反應(yīng)的反應(yīng)速率v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}}{5min}$=0.01mol/（L•min），
平衡時(shí)，容器中CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.1mol}{0.2mol}$×100%=50%，
故答案為：0.01mol/（L•min）；50%；
②由圖可知，t₂時(shí)刻后二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，改變條件，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可減低溫度使平衡正向進(jìn)行，或降低氫氣的濃度或增大水蒸氣的濃度，使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：降低溫度或降低H₂濃度或增大H₂O（g）濃度；
（2）①I中正逆速率相等，處于平衡狀態(tài)，該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{4．{0}^{-2}}{2.0×1{0}^{-4}×（4×1{0}^{-4}）^{\frac{1}{2}}}$=10⁴，Ⅱ中濃度商Qc=$\frac{5×1{0}^{-2}}{3×1{0}^{-4}×（4×1{0}^{-4}）^{\frac{1}{2}}}$=8.3×10³＜10⁴，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，則v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；
②設(shè)CO的濃度變化量為xmol/L，則：
                 CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）
起始（mol/L）：1.0×10^-5         1.0×10^-4
變化（mol/L）：x                      x
平衡（mol/L）：1.0×10^-5 -x  1.0×10^-4 1.0×10^-4+x
則$\frac{（1×1{0}^{-4}+x）}{（1×1{0}^{-5}-x）×（1×1{0}^{-4}）^{\frac{1}{2}}}$=10⁴，解得x=8.91×10^-6mol/L，
故平衡時(shí)CO濃度為1.0×10^-5mol-8.91×10^-6mol=1.1×10^-6mol/L
故答案為：1.1×10^-6；
（3）等體積混合后溶液中碳酸根的濃度為2×l0^-4mol/L÷2=1×l0^-4mol/L，要生成CaCO₃沉淀需要鈣離子濃度為$\frac{2.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-4}}$mol/L=2.8×l0^-5mol/L，故需要CaCl₂溶液的最小濃度為2.8×l0^-5mol/L×2=5.6×l0^-5mol/L，
故答案為：5.6×10^-5．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于拼合型題目，涉及化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)、平衡常數(shù)應(yīng)用、溶度積計(jì)算，難度中等，（3）中注意等體積混合后碳酸根的濃度變化情況．