(12分)歐盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排稅以應(yīng)對(duì)冰川融化和全球變暖,使得對(duì)如何降低大氣中CO2的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用碳資源的研究顯得更加緊迫。請(qǐng)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識(shí)研究碳及其化合物的性質(zhì)
(1)用電弧法合成的儲(chǔ)氫納米碳管常伴有大量的碳納米顆粒(雜質(zhì)),這種顆粒可用如下氧化法提純,請(qǐng)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)
___ C+ ___ KMnO4+ ____ H2SO4→____CO2↑+ ____MnSO4 + ____K2SO4+ ____H2O
(2)活性炭可處理大氣污染物NO。在2 L密閉容器中加入NO和活性炭(無(wú)雜質(zhì)),生成氣體E和F。當(dāng)溫度分別在T1和T2時(shí),測(cè)得各物質(zhì)平衡時(shí)物質(zhì)的量如下表:
物質(zhì) n/mol T/℃ |
活性炭 |
NO |
E |
F |
初始 |
2.030 |
0.100 |
0 |
0 |
T1 |
2.000 |
0.040 |
0.030 |
0.030 |
T2 |
2.005 |
0.050 |
0.025 |
0.025 |
①請(qǐng)結(jié)合上表數(shù)據(jù),寫(xiě)出NO與活性炭反應(yīng)的化學(xué)方程式 。
②根據(jù)上述信息判斷,溫度T1和T2的關(guān)系是(填序號(hào)) 。
a.T1>T2 b.T1<T2 c.無(wú)法比較
(3)CO2經(jīng)常用氫氧化鈉來(lái)吸收,現(xiàn)有0.4molCO2,若用200ml 3mol/LNaOH溶液將其完全吸收,溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)椋?u>
(4)CO還可以用做燃料電池的燃料,某熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率,因而受到重視,該電池用 Li2CO3 和 Na2CO3 的熔融鹽混合物作電解質(zhì), CO 為陽(yáng)極燃?xì),空氣與 CO2 的混和氣為陰極助燃?xì),制得?650 ℃下工作的燃料電池,其陽(yáng)極反應(yīng)式:2CO + 2CO32- =4CO2 +4e- 則 陰極反應(yīng)式: ,電池總反應(yīng)式: 。
(12分)(1)5、4、6、5、4、2、6(2分)
(2)①C+2NON2+CO2(2分)②c (2分)
(3)c(Na+) > c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+)(2分)
(4)O2 + 2CO2 +4e- =2 CO32- (2分) , 2CO+ O2 = 2CO2(2分)
【解析】】(1)考查氧化還原反應(yīng)方程式的配平,配平的依據(jù)是電子的得失守恒。碳是還原劑,化合價(jià)升高4個(gè)單位。KMnO4是氧化劑,錳元素的化合價(jià)降低5鉻單位,所以1mol氧化劑得到5mol電子,即氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比是4︰5,所以方程式為3C + 2K2Cr2O7 +8H2SO4 = 3CO2↑ + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 +8H2O
(2) ① C + NO E↑ + F↑
初n: 2.030 0.100 0 0
⊿n: 0.030 0.060 0.030 0.030
T1 n: 2.000 0.040 0.030 0.030
由各物質(zhì)的⊿n及原子守恒,可知化學(xué)方程式為:C+2NON2 +CO2
②根據(jù)上述信息無(wú)法判斷溫度T1和T2的關(guān)系,因?yàn)樯鲜隹赡娣磻?yīng)正反應(yīng)是吸熱還是放熱反應(yīng)并不知道
(3)由題意知:3NaOH+2CO2=Na2CO3 + NaHCO3 + H2O
由于Na2CO3水解較NaHCO3強(qiáng),所以c(Na+) > c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+)
(4)電池的總反應(yīng)為:2CO+ O2 = 2CO2,減去陽(yáng)極反應(yīng)式:2CO + 2CO32- =4CO2 +4e-即可得到陰極反應(yīng)式:O2 + 2CO2 +4e- =2 CO32-
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