Question

“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视．所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题
（1）用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式：（系数按顺序填在答题卷上）
______ C+______ KMnO₄+______ H₂SO₄→______CO₂↑+______MnSO₄+______K₂SO₄+______H₂O
（2）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/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实验1中以v （CO₂） 表示的反应速率为______ （取小数二位，下同）．
②该反应为______（填“吸”或“放”）热反应，实验2条件下平衡常数K=______．
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：______
（4）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置．
①该电池正极的电极反应为______．
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的化学方程式为______．
（5）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mo1/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据氧化还原反应氧化剂、还原剂得失电子数目相等配平；
（2）根据v=结合反应速率之比等于化学计量数之比计算；计算出平衡浓度，根据平衡常数表达式计算；
（3）利用盖斯定律计算；
（4）根据原电池正极发生还原反应书写电极反应式；
（5）根据Ksp（CaCO₃）=c（CO₃^2-）×c（Ca²⁺）计算．
解答：解：（1）反应中C元素化合价0→+4，Mn元素化合价+7→+2，反应得失电子相等，则有：5C～4KMnO₄，根据质量守恒可确定H₂SO₄的计量数为6，
则配平后的计量数分别是：5、4、6、5、4、2、6，
故答案为：5、4、6、5、4、2、6；
（2）①v（CO₂）=v（CO）==0.13moL/（L?min），故答案为：0.13moL/（L?min）；
②实验1，达平衡时：c（H₂）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.8mol/L，c（H₂O）=0.2mol/L，c（CO）=1.2mol/L，则k===2.67，
实验2，达平衡时：c（H₂）=0.2mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L，c（H₂O）=0.3mol/L，c（CO）=0.8mol/L，则k===0.17，
则升高温度平衡常数减小，平衡向逆反应分析移动，说明正反应放热，
故答案为：放；0.17；
（3）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
利用盖斯定律将+③可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol；
（4）碱性甲醇燃料电池中，负极发生氧化反应，电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-+=CO₃^2-+6H₂O，正极发生还原反应，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
则总反应式为2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：①O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；②2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
（5）由Ksp（CaCO₃）=c（CO₃^2-）×c（Ca²⁺）可知：混合后，c（CaCl₂）=c（Ca²⁺）===2.8×10^-5mol/L，
则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L
故答案为：5.6×10^-5mol/L．
点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡、反应热、电化学以及难溶电解质的溶解平衡等问题，题目难度较大，学习中注意相关解答方法的积累．