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(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題
（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�？捎萌缦卵趸�法提純，請(qǐng)完成該反應(yīng)的化學(xué)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(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條件下平衡常數(shù)K=

2.67

（取小數(shù)二位，下同）．
②實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)4，若900℃時(shí)，在此容器中加入10molCO，5molH₂O，2molCO₂，5molH₂，則此時(shí)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(xué)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(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

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

CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）反應(yīng)中C→CO₂，碳元素化合價(jià)由0價(jià)升高為+4價(jià)，共升高4價(jià)，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，共降低5價(jià)，化合價(jià)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(jié)合原子守恒配平其它物質(zhì)的系數(shù)；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)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(xué)計(jì)量數(shù)相等都為1，所以當(dāng)兩者物質(zhì)的量相等時(shí)二者轉(zhuǎn)化率相等．要使CO轉(zhuǎn)化率大于H₂O的轉(zhuǎn)化率，則增大H₂O的物質(zhì)的量；
③對(duì)同一反應(yīng)溫度相同，平衡常數(shù)相同，根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)2計(jì)算900℃時(shí)平衡常數(shù)，再計(jì)算實(shí)驗(yàn)3濃度商，與平衡常數(shù)相比判斷平衡移動(dòng)，據(jù)此解答；
（3）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)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(jì)算沉淀時(shí)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(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答：解：（1）反應(yīng)中C→CO₂，碳元素化合價(jià)由0價(jià)升高為+4價(jià)，共升高4價(jià)，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，共降低5價(jià)，化合價(jià)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(jié)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(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）的化學(xué)平衡常數(shù)k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，平衡時(shí)CO的物質(zhì)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(yīng)前后氣體體積不變，故利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故650℃時(shí)該反應(yīng)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(xué)計(jì)量數(shù)相等都為1，所以當(dāng)兩者物質(zhì)的量相等時(shí)二者轉(zhuǎn)化率相等．要使CO轉(zhuǎn)化率大于H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率，則增大H₂O（g）的物質(zhì)的量，即a/b 的值小于1，
故答案為：小于1；
③對(duì)同一反應(yīng)溫度相同，平衡常數(shù)相同．根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)2計(jì)算900℃時(shí)平衡常數(shù)，
   對(duì)于反應(yīng) 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(shí)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(shí)驗(yàn)3的濃度商為Qc=

5×2

10×5

=

1

5

，大于平衡常數(shù)，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)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(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應(yīng)配平、反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)等，注意掌握氧化還原反應(yīng)配平方法、蓋斯定律的運(yùn)用等，題目難度中等．