Question

（2013?上饒一模）“低碳循環(huán)”引起各國的高度重視，而如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視．所以“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題
（1）用電弧法合成的儲氫納米碳管常伴有大量的碳納米顆粒（雜質(zhì)），這種顆�？捎萌缦卵趸�法提純，請完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式：（系數(shù)按順序填在答題卷上）

5

 C+

4

 KMnO₄+

6

 H₂SO₄→

5

CO₂↑+

4

MnSO₄+

2

K₂SO₄+

6

H₂O
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/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實(shí)驗(yàn)1中以v （CO₂） 表示的反應(yīng)速率為

0.13moL/（L?min）

 （取小數(shù)二位，下同）．
②該反應(yīng)為

放

（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)K=

0.17

．
（3）已知在常溫常壓下：
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
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol

（4）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖所示的電池裝置．
①該電池正極的電極反應(yīng)為

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

．
②工作一段時(shí)間后，測得溶液的pH減小，該電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為

2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O

．
（5）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

5.6×10^-5mol/L

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)氧化劑、還原劑得失電子數(shù)目相等配平；
（2）根據(jù)v=

△c

△T

結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算；計(jì)算出平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
（3）利用蓋斯定律計(jì)算；
（4）根據(jù)原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)書寫電極反應(yīng)式；
（5）根據(jù)Ksp（CaCO₃）=c（CO₃^2-）×c（Ca²⁺）計(jì)算．

解答：解：（1）反應(yīng)中C元素化合價(jià)0→+4，Mn元素化合價(jià)+7→+2，反應(yīng)得失電子相等，則有：5C～4KMnO₄，根據(jù)質(zhì)量守恒可確定H₂SO₄的計(jì)量數(shù)為6，
則配平后的計(jì)量數(shù)分別是：5、4、6、5、4、2、6，
故答案為：5、4、6、5、4、2、6；
（2）①v（CO₂）=v（CO）=

4mol-2.4mol 2L

6min

=0.13moL/（L?min），故答案為：0.13moL/（L?min）；
②實(shí)驗(yàn)1，達(dá)平衡時(shí)：c（H₂）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.8mol/L，c（H₂O）=0.2mol/L，c（CO）=1.2mol/L，則k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.8×0.8

1.2×0.2

=2.67，
實(shí)驗(yàn)2，達(dá)平衡時(shí)：c（H₂）=0.2mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L，c（H₂O）=0.3mol/L，c（CO）=0.8mol/L，則k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.2×0.2

0.3×0.8

=0.17，
則升高溫度平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應(yīng)分析移動，說明正反應(yīng)放熱，
故答案為：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
利用蓋斯定律將

①-②

2

+③可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol；
（4）堿性甲醇燃料電池中，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-+=CO₃^2-+6H₂O，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
則總反應(yīng)式為2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：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⁺）=

Ksp

c(CO32-)

=

2.8×10-9

1×10-4

=2.8×10^-5mol/L，
則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L
故答案為：5.6×10^-5mol/L．

點(diǎn)評：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡、反應(yīng)熱、電化學(xué)以及難溶電解質(zhì)的溶解平衡等問題，題目難度較大，學(xué)習(xí)中注意相關(guān)解答方法的積累．