Question

欧盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排税以应对冰川融化和全球变暖，使得对如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用碳资源的研究显得更加紧迫。请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。
（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：

（2）焦炭可用于制取水煤气。测得12 g 碳与水蒸气完全反应生成水煤气时，吸收了131．6 kJ热量。该反应的热化学方程式为                    。
（3）活性炭可处理大气污染物NO。在2 L密闭容器中加入NO和活性炭（无杂质），生成气体E和F。当温度分别在T1和T2时，测得各物质平衡时物质的量如下表：

上述反应T1℃时的平衡常数为K1，T2℃时的平衡常数为K2。
Ⅰ．计算K1=        。
Ⅱ．根据上述信息判断，温度T1和T2的关系是（填序号）           。

（4）CO₂经常用氢氧化钠来吸收，现有0．4 molCO₂，若用200ml 3mol/LNaOH溶液将其完全吸收，溶液中离子浓度由大到小的顺序为：               。
（5）CO还可以用做燃料电池的燃料，某熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，该电池用Li₂CO₃和 Na₂CO₃的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO₂的混和气为正极助燃气，制得在 650 ℃下工作的燃料电池，其负极反应式：则
正极反应式：___          ，电池总反应式                 。

Answer 1

（1）5、4、6、5、4、2、6（2）C(s)＋H₂O(g)=CO(g)＋H₂(g)，ΔH=＋131.6 kJ?mol^—1（3）①Ⅰ．0.5625 Ⅱ．c（4）c(Na⁺) > c(HCO₃^-) > c(CO₃^2-) > c(OH^-) > c(H⁺)（5）O₂ +2CO₂+4e^-=2CO₃^2-, 2CO+O₂=2CO₂

解析试题分析：（1）反应中C元素的化合价由0升高为+4价，一个碳化合价变化4，Cr元素的化合价由+6价降低为+3价，1个K₂Cr₂O₇化合价变化6，4和6的最小公倍数为12，由化合价升降总数相等可知，C的化学计量数为3，K₂Cr₂O₇的化学计量数为2，由于产物中有Cr₂(SO₄)₃，所以未知的反应物为H₂SO₄，最后由质量守恒定律可知得化学反应为3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄═3CO₂+2K₂SO₄+2Cr₂(SO₄)₃+8H₂O（2）12g碳的物质的量为1mol，与水蒸气完全反应生成CO、H₂，吸收131.6kJ热量，该反应的热化学方程式为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ?mol^-1（3）Ⅰ、平衡时c（NO）==0.02mol/L，c（N₂）=c（CO₂）==0.015mol/L，故T₁℃时该反应的平衡常数为K₁===0.5625；Ⅱ、由表中数据可知，温度由T₁变为T₂，平衡向逆反应移动，由于正反应是吸热，还是放热不确定，无法判断温度变化，故答案为：c；（4）NaOH先与CO₂反应生成CO₃^2-离子后过量CO₂与再CO₃^2-离子反应生成HCO₃^-离子，由题意知有0.4mol CO₂，200ml 3mol/LNaOH溶液中含有NaOH0.6mol，即NaOH先完全反应生成Na₂CO₃后再生成NaHCO₃：
CO₂+2NaOH=Na₂CO₃          CO₂+Na₂CO₃+H₂O =2NaHCO₃
1    2     1        1    1         2
0.3   0.6   0.3       0.1   0.1        0.2
所得溶液中有0.2mol Na₂CO₃，0.2mol NaHCO₃，又钠离子没有参与反应反应其浓度最大，CO₃^2-水解生成OH^-和HCO₃^-，而HCO₃^-水解大于电离，生成OH^-，使得c(HCO₃^-) > c(CO₃^2-)，c(OH^-) > c(H⁺)，故c(Na⁺) > c(HCO₃^-) > c(CO₃^2-) > c(OH^-) > c(H⁺)（5）该燃料电池中，通入CO的一极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为2CO-4e^-+2CO₃^2-═4CO₂，通入氧气和CO₂的混合气体一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-电池总反应式2CO+O₂=2CO₂
考点：氧化还原反应方程式的配平；热化学方程式；水解与电离；化学平衡的计算；化学平衡的影响因素；化学电源新型电池