Question

“低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂正成为化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：

 

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		达到平衡所需要时间/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2条件下平衡常数K=

 

．
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b的值

 

（填具体值或取值范围）．
③实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均为1mol，则此时V正

 

V逆（选填“＜”，“＞”或“=”）．
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol-1
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）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1×10^-4 mo1/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为

 

mo1/L．
（5）最近科学家再次提出“绿色化学”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出，经化学反应后使空气中的CO₂转变为可再生燃料甲醇．甲醇可制作燃料电池，写出以稀硫酸为电解质甲醇燃料电池负极反应式

 

．当电子转移的物质的量为0.6mol时，参加反应的氧气的体积是

 

 L（标准状况下）．

Answer 1

考点：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,氧化还原反应的计算,化学平衡的计算

专题：氧化还原反应专题,化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）根据氧化还原反应中得失电子数相等和原子守恒来配平化学方程式；
（2）①依据图表数据列式计算平衡浓度，结合化学平衡常数概念计算；
②在反应中当反应物的物质的量之比等于化学计量数之比时，各反应物的转化率相等，某一种反应物越多，其转化率越低，而另一种反应物的转化率则越高，据此答题；
③根据浓度商Qc与平衡常数K的大小，判断反应进行的方向，进而确定正逆反应的速率；
（3依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（4）Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=5.0×10^-5mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍；
（5）负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应，正极上是氧气作氧化剂得电子发生还原反应，根据电极反应式可计算出氧气的体积．

解答： 解：（1）高锰酸钾中锰元素化合价降低7-2=5价，碳元素化合价升高4-0=4价，化合价升高数=化合价降低数，所以高锰酸钾前的系数是4，碳单质前的系数是5，根据原子守恒，二氧化碳前是5，硫酸锰前是4，硫酸钾前面是2，根据硫酸跟守恒，所以硫酸前面是6，据氧原子和氢原子守恒，产物少6个水分子，即反应方程式为5C+4KMnO₄+6H₂SO₄→5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O；
故答案为：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①实验2条件下，
         H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始浓度 0.5mol/L 1mol/L    0      0
转化浓度 0.2mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l 0.2mol/l
平衡浓度 0.3mol/L 0.8mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l
K=

c(CO2)c(H2)

c(H2O)c(CO)

=

0.2×0.2

0.3×0.8

=0.17，
故答案为：0.17；
②在反应中当反应物的物质的量之比等于化学计量数之比时，各反应物的转化率相等，某一种反应物越多，其转化率越低，而另一种反应物的转化率则越高，所以要使CO的转化率大于水蒸气，则0＜

a

b

＜1，
故答案为：0＜

a

b

＜1；
③900℃时，当CO、H₂O、CO₂、H₂均为1mol时，浓度商Qc=

1 2 × 1 2

1 2 × 1 2

=1＞0.17=K，所以此时平衡要逆向移动，故V_正＜V_逆，故答案为：＜；
（3）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
依据盖斯定律①-②+③×4得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO （g）+4H₂O（l）△H=-885.6KJ/mol；
得到热化学方程式为：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）Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=5.0×10^-5mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

5×10-5

mol/L=5.6×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×5.6×10^-5mol/L=1.12×10^-4mol/L；
故答案为：1.12×10^-4；
（5）燃料电池中，负极上是燃料甲醇失电子发生氧化反应，在酸性环境下，电极反应式为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正极上是氧气作氧化剂得电子发生还原反应，
O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，转移0.6mol电子时，则参加反应的氧气的物质的量为0.15mol，其体积为0.15×22.4L=3.36L（标准状况下），
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；3.36．

点评：本题主要考查了氧化还原反应的配平、化学平衡常数的计算、电化学知识等知识点，综合性较强，中等难度，解题时注意对基础知识的灵活运用．