Question

16．“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)），這種顆粒可用如下氧化法提純，請完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式：．
5 C+4 KMnO₄+6 H₂SO₄→5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O
（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)：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)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(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則$\frac{a}$的值0＜$\frac{a}$＜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(xué)方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1
（4）為最近有科學(xué)家提出構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使之變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．該�?gòu)想技術(shù)流程如下：

向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解
（5）CO₂在自然界循環(huán)時可與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^-4mo1/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為5.6×10^-5．．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)中C元素的化合價由0升高為+4價，Mn元素的化合價由+7價降低為+2價，結(jié)合化合價升降總數(shù)相等以及質(zhì)量守恒定律配平；
（2）①先求得各物質(zhì)平衡時的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積求得平衡常數(shù)；
②在反應(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比時，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一種反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率則越高，據(jù)此答題；
③根據(jù)濃度商Qc與平衡常數(shù)K的大小，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，進(jìn)而確定正逆反應(yīng)的速率；
（3）根據(jù)熱化學(xué)方程式利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱并書寫熱化學(xué)方程式；
（4）分解池中是碳酸氫鉀分解需要一定溫度；
（5）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．

解答 解：（1）反應(yīng)中C元素的化合價由0升高為+4價，Mn元素的化合價由+7價降低為+2價，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移20e^-，由電子守恒和質(zhì)量守恒定律可知得化學(xué)反應(yīng)為5C+4KMnO₄+6HSO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，
故答案為：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2            1                0           0
變化（mol）：0.8       0.8             0.8        0.8
平衡（mol）：1.2        0.2            0.8        0.8
所以平衡常數(shù)K=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.67，
故答案為：2.67；
②在反應(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比時，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一種反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率則越高，所以要使CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則0＜$\frac{\\;a}$＜1，故答案為：0＜$\frac{a}$＜1；
③900℃時，當(dāng)容器中加入10molCO，5molH₂O，2molCO₂，5molH₂時，濃度商Qc=$\frac{1×2.5}{5×2.5}$=0.2＜2.67=K，所以此時平衡要逆向移動，故V_正＜V_逆，
故答案為：＜．
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)$\frac{1}{2}$×（①-②+③×4）得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以該反應(yīng)的△H=$\frac{1}{2}$×[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8kJ•mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（4）向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解，
故答案為：提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{1}{2}$×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⁺）=$\frac{2.8×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-4}}$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^-5．

點評 本題主要考查了氧化還原反應(yīng)的配平、化學(xué)平衡常數(shù)的計算、熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算、溶度積常數(shù)的計算等知識點，綜合性較強，題目中等難度，解題時注意對基礎(chǔ)知識的靈活運用．