Question

“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”正成為科學家研究的主要課題
（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），這種顆粒可用如下氧化法提純，請完成該反應的化學方程式：

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，進行反應
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/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實驗1條件下平衡常數(shù)K=

2.67

（取小數(shù)二位，下同）．
②實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則a/b 的值

小于1

（填具體值或取值范圍）．
③實驗4，若900℃時，在此容器中加入10molCO，5molH₂O，2molCO₂，5molH₂，則此時V_正

＜

V_逆（填“＜”，“＞”，“=”）．
（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)水的熱化學方程式：

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

（4）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質，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

．
（5）甲醇可制作燃料電池．寫出以稀硫酸為電解質溶液的甲醇燃料電池負極反應式

CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）反應中C→CO₂，碳元素化合價由0價升高為+4價，共升高4價，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合價由+7價降低為+2價，共降低5價，化合價升降最小公倍數(shù)為20，故C的系數(shù)為5，故KMnO₄系數(shù)為4，據(jù)此結合原子守恒配平其它物質的系數(shù)；
（2）①化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；
②由于CO與H₂O的化學計量數(shù)相等都為1，所以當兩者物質的量相等時二者轉化率相等．要使CO轉化率大于H₂O的轉化率，則增大H₂O的物質的量；
③對同一反應溫度相同，平衡常數(shù)相同，根據(jù)表中實驗2計算900℃時平衡常數(shù)，再計算實驗3濃度商，與平衡常數(shù)相比判斷平衡移動，據(jù)此解答；
（3）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標方程式，反應熱也乘以相應的系數(shù)并進行相應的計算，據(jù)此書寫；
（4）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計算沉淀時混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍；
（5）甲醇燃料電池中，負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應．

解答：解：（1）反應中C→CO₂，碳元素化合價由0價升高為+4價，共升高4價，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合價由+7價降低為+2價，共降低5價，化合價升降最小公倍數(shù)為20，故C的系數(shù)為5，故KMnO₄系數(shù)為4，結合原子守恒配平后方程式為：5C+4KMnO₄+6H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，
故答案為：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①可逆反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）的化學平衡常數(shù)k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，平衡時CO的物質的量為2.4mol，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：4       2         0        0
變化（mol）：1.6    1.6       1.6      1.6
平衡（mol）：2.4     0.4       1.6      1.6
該反應前后氣體體積不變，故利用物質的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故650℃時該反應平衡常數(shù)k=

1.6×1.6

2.4×0.4

=2.67，
故答案為：2.67；
②由于CO與H₂O的化學計量數(shù)相等都為1，所以當兩者物質的量相等時二者轉化率相等．要使CO轉化率大于H₂O（g）的轉化率，則增大H₂O（g）的物質的量，即a/b 的值小于1，
故答案為：小于1；
③對同一反應溫度相同，平衡常數(shù)相同．根據(jù)表中實驗2計算900℃時平衡常數(shù)，
   對于反應 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2           1                0        0
變化（mol）：2-1.6=0.4   0.4              0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    1-0.4=0.6             0.4      0.4
900℃時平衡常數(shù)k=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.4×0.4

1.6×0.6

=

1

6

，
實驗3的濃度商為Qc=

5×2

10×5

=

1

5

，大于平衡常數(shù)，反應向逆反應進行，所以V_正＜V_逆，
故答案為：＜；
（3）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律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，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；
（4）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10-4

mol/L=2.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液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；
（5）甲醇燃料堿性電池中，甲醇在負極上發(fā)生氧化反應，甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評：本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應配平、反應速率計算、化學平衡常數(shù)等，注意掌握氧化還原反應配平方法、蓋斯定律的運用等，題目難度中等．