Question

10．节能减排是当下环境保护的重点．
（1）将CO和气态水通入一个体积固定的密闭容器中，在一定条件下发生如下可逆反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H＜0，800℃，在2L恒容密闭容器中，起始时按照下表数据进行投料，达到平衡状态，K=l．0．

	H2O	CO	CO2	H2
n/mol	0.20	0.20	0	0

①从起始经过5min达到化学平衡时，用生成物CO₂表示该反应的反应速率v（CO₂）=0.01mol/（L．min）；平衡时，容器中CO的转化率为50%．
②如图表示上述反应在t_l时刻达到平衡，在t₂时刻因改变某个条件而发生变化的情况．则t₂时刻发生改变的条件可能是降低温度或降低H₂浓度或增大H₂O（g）浓度．（写出一条）
（2）汽车尾气中的一氧化碳是大气污染物，可通过反应：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）降低其浓度．
①某温度下，在两个容器中进行上述反应，容器中各物质的起始浓度及正逆反应速率关系如下表所示．请在表中的空格处填写“＞““＜”或“=“．

容器编号	c（CO）/mol•L-1	c（O2））/mol•L-1	c（CO2））/mol•L-1	v（正）和v（逆）比较
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相同温度下，某汽车尾气中CO、CO₂的浓度分别为l.0×10^-5mol/L和1.0×l0^-4mol/L．若在汽车的排气管上增加一个补燃器，不断补充O₂并使其浓度保持为1.0×l0^-4mol/L，则最终尾气中CO的浓度为1.1×10^-6mol/L（请保留两位有效数字）．
（3）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_Sp=2.8×l0^-9．现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×l0^-4mol/L，则生成CaCO₃沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为5.6×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）①设平衡时CO₂的物质的量为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分物质的量、各组分物质的量变化量，由于反应前气体化学计量数都是1，可以用物质的量代替浓度代入平衡常数计算x的值，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂），进而计算CO的转化率；
②由图可知，t₂时刻后二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，改变条件，平衡向正反应方向移动，结合平衡移动原理与反应特点分析解答；
（2）①I中正逆速率相等，处于平衡状态，根据I中数据计算该温度下平衡常数，再计算Ⅱ中浓度商，与平衡常数比较判断反应进行情况，进而确定正、逆反应速率关系；
②设平衡时CO的浓度变化量为xmol/L，利用三段式表示平衡时各组分的浓度，再利用平衡常数列方程计算；
（3）等体积混合后溶液中碳酸根的浓度为1×l0^-4mol/L，利用溶度积计算需要钙离子浓度，再根据稀释定律计算所需CaCl₂溶液的最小浓度．

解答 解：（1）设平衡时CO₂的物质的量为xmol，则：
              CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（mol）：0.2     0.2     0       0
转化（mol）：x        x       x      x
平衡（mol）：0.2-x    0.2-x    x       x
K=$\frac{x×x}{（0.2-x）×（0.2-x）}$=1，解得x=0.1mol
v（CO₂）=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}}{5min}$=0.01mol/（L．min），
一氧化碳转化率为：$\frac{0.1mol}{0.2mol}$×100%=50%，
故答案为：0.01mol/（L．min）；50%；
②由图可知，t₂时刻后二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，改变条件，平衡向正反应方向移动，反应是放热反应，可减低温度使平衡正向进行，或降低氢气的浓度或增大水蒸气的浓度，使平衡向正反应方向移动，
故答案为：降低温度或降低H₂浓度或增大H₂O（g）浓度；
（2）①I中正逆速率相等，处于平衡状态，该温度下平衡常数K=$\frac{4.0×1{0}^{-2}}{2.0×1{0}^{-4}×（4.0×1{0}^{-4}）^{\frac{1}{2}}}$=10⁴，Ⅱ中浓度商Qc=$\frac{5×1{0}^{-2}}{3×1{0}^{-4}×（4×1{0}^{-4}）^{\frac{1}{2}}}$=8.3×10³＜10⁴，故反应向正反应进行，则v（正）＞v（逆），
故答案为：＞；
②设CO的浓度变化量为xmol/L，则：
                 CO（g）+$\frac{1}{2}$ O₂（g）?CO₂（g）
起始（mol/L）：1.0×10^-5         1.0×10^-4
变化（mol/L）：x                      x
平衡（mol/L）：1.0×10^-5 -x  1.0×10^-4 1.0×10^-4+x
则$\frac{（1×1{0}^{-4}+x）}{（1×1{0}^{-5}-x）×（1×1{0}^{-4}）^{\frac{1}{2}}}$=10⁴，解得x=8.91×10^-6mol/L，
故平衡时CO浓度为1.0×10^-5mol-8.91×10^-6mol=1.1×10^-6mol/L
故答案为：1.1×10^-6；
（3）等体积混合后溶液中碳酸根的浓度为2×l0^-4mol/L÷2=1×l0^-4mol/L，要生成CaCO₃沉淀需要钙离子浓度为$\frac{2.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-4}}$mol/L=2.8×l0^-5mol/L，故需要CaCl₂溶液的最小浓度为2.8×l0^-5mol/L×2=5.6×l0^-5mol/L，
故答案为：5.6×10^-5．

点评 本题属于拼合型题目，涉及化学反应速率计算、化学平衡移动、平衡常数应用、溶度积计算，难度中等，（3）中注意等体积混合后碳酸根的浓度变化情况．