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（填“＜”，“＞”，“=”）．
（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）已知草酸是一种二元弱酸，草酸氢钠（NaHC₂O₄）溶液显酸性．常温下，向10mL 0.01mol?L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01
mol?L^-1 NaOH溶液时，比较溶液中各种离子浓度的大小关系______；
（5）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_sp=2.8×10^-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^-4mo1/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为______mo1/L．

Answer 1

解：（1）反应中C→CO₂，碳元素化合价由0价升高为+4价，共升高4价，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合价由+7价降低为+2价，共降低5价，化合价升降最小公倍数为20，故C的系数为5，故KMnO₄系数为4，结合原子守恒配平后方程式为：5C+4KMnO₄+6H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O
故答案为：5、4、6=5、4、2、6；
（2）①、平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：2 1 0 0
变化（mol）：0.4 0.4 0.4 0.4
平衡（mol）：1.6 0.6 0.4 0.4
该反应前后气体体积不变，故利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故900℃时该反应平衡常数k==0.17，
故答案为：0.17；
②、由于CO与H₂的化学计量数相等都为1，所以当两者物质的量相等时二者转化率相等．要使CO转化率大于H₂的转化率，则增大H₂的物质的量，即a/b的值小于1，
故答案为：小于1；
③、由①900℃时，该反应的平衡常数为0.17，实验4，在900℃时，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均为1mol，则此时浓度商Qc==1，大于平衡常数0.17，故反应向逆反应进行，所以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：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO （g）+4H₂O（l）△H=-885.6KJ/mol；
即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）向10mL 0.01mol?L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol?L^-1 NaOH溶液，二者恰好反应，所得溶液为NaHC₂O₄溶液，在该溶液中，直接电离出的Na⁺和HC₂O₄^-浓度最大，NaHC₂O₄溶液显酸性，说明HC₂O₄^-的电离程度大于水解，所以c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-），c（H⁺）＞c（OH^-），溶液中水电离生成氢离子，故c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），溶液呈酸，电离产生的c（C₂O₄^2-）原大于c（OH^-），溶液中离子浓度c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mo1/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=×1×10^-4mo1/L=5×10^-5mo1/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，钙离子最小浓度c（Ca²⁺）=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．
分析：（1）反应中C→CO₂，碳元素化合价由0价升高为+4价，共升高4价，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合价由+7价降低为+2价，共降低5价，化合价升降最小公倍数为20，故C的系数为5，故KMnO₄系数为4，据此结合原子守恒配平其它物质的系数；
（2）①、根据三段式计算平衡时各组分的物质的量，反应前后气体的化学计量数不变，利用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算；
②、由于CO与H₂的化学计量数相等都为1，所以当两者物质的量相等时二者转化率相等，要使CO转化率大于H₂的转化率，则增大H₂的物质的量；
③、计算常数的浓度商Qc，与平衡常数比较，判断反应进行的方向，据此解答；
（3）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的计算；
（4）向10mL 0.01mol?L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol?L^-1 NaOH溶液，二者恰好反应，所得溶液为NaHC₂O₄溶液，NaHC₂O₄溶液显酸性，说明HC₂O₄^-的电离程度大于水解，溶液中是水电离生成氢离子，据此来确定离子浓度的大小；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mo1/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=5×10^-5mo1/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．
点评：本题考查氧化还原反应配平、平衡常数的计算与运用、热化学方程式书写、离子浓度大小比较、溶度积的有关计算等，题目综合性较大，是对学生能力的考查，难度中等，（5）中计算为易错点，溶液忽略混合后溶液的浓度发生变化．