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，并在方框内填上系数．

 

C+

 

KMnO₄+

 

H₂SO₄=

 

CO₂↑+

 

MnSO₄+

 

K₂SO₄+

 

 

（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），得到如下二组数据：

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

①实验1条件下，反应从开始至达到平衡，以v （CO₂） 表示的反应速率为

 

（保留小数点后二位数，下同）．
②实验2条件下平衡常数K=

 

，该反应为

 

（填“吸热”或“放热”）反应．
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气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，设计如右图所示  的电池装置． 
①该电池正极的电极反应式为：

 

；
②该电池工作时，溶液中的OH^-向

 

（填“正”或“负”）极移动．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,氧化还原反应方程式的配平,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）依据氧化还原电子守恒和原子守恒配平书写；
（2）①依据化学平衡三段式列式结合化学反应速率计算；
②计算实验1、2达到平衡的平衡常数比较判断反应进行的方向；
（3）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（4）①甲醇燃料电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应碱溶液中生成碳酸盐，正极氧气得到电子生成氢氧根离子；
②原电池原理可知溶液中阴离子移向负极；

解答： 解：（1）碳元素化合价从0价变化为+4价，锰元素化合价从+7价变化为+2价，依据电子守恒，电子转移总数为20，所以碳和二氧化碳前系数为5，高锰酸钾和硫酸锰化学式前为4，结合原子守恒配平离子方程式为：5 C+4KMnO₄+6 H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O；
故答案为：5、4、6、5、4、2、6；
（2）①依据化学平衡三段式列式计算，
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）    4       2         0       0
变化量（mol）   1.6     1.6        1.6     1.6
平衡量（mol）   2.4     0.4        1.6     1.6
所以以v （CO₂） 表示的反应速率=

1.6mol 2L

6min

=0.13mol/（L?min）；
故答案为：0.13mol/（L?min）；
 ②实验1         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 2       1        0         0
变化量（mol/L） 0.8    0.8     0.8       0.8
平衡量（mol/L） 1.2    0.2     0.8       0.8
K₁=

0.8×0.8

1.2×0.2

=2.7
实验2           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 1       0.5        0       0
变化量（mol/L） 0.2     0.2       0.2     0.2
平衡量（mol/L） 0.8     0.3      0.2    0.2
K₂=

0.2×0.2

0.8×0.3

=0.17
温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正反应方向是放热反应；
故答案为：0.17； 放热；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
依据盖斯定律①-②得到2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g）△H=-709.6KJ/mol；
化简得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8KJ/mol；
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8KJ/mol；
（4）①甲醇燃料电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应碱溶液中生成碳酸盐，正极氧气得到电子生成氢氧根离子，正极电极反应为：O₂+4e^-+2 H₂O=4OH^-；　
故答案为：O₂+4e^-+2 H₂O=4OH^-；　　　
②该电池工作时，依据原电池原理可知溶液中的OH^-向负极移动；
故答案为：负；

点评：本题考查了氧化还原反应配平，原电池原理的分析判断，化学平衡影响因素和平衡常数的计算方法，热化学方程式计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．