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(zhì)），這種顆�？捎萌缦卵趸�法提純，請完成該反應的離子化學方程式：

 

 C+

 

 MnO₄^-+

 

 H⁺→

 

CO₂↑+

 

Mn²⁺

 

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/molm]		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中以v （CO₂） 表示的反應速率為

 

 （取小數(shù)二位，下同）．
②該反應為

 

（填“吸”或“放”）熱反應，實驗2條件下平衡常數(shù)K=

 

．
（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：

 

（4）甲醇被稱為21世紀的新型燃料，近幾年開發(fā)的甲醇燃料電池的工作原理如圖．
通入O₂的電極為

 

極（填電極名稱），寫出甲醇陰極的電極反應

 

（5）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應，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

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,氧化還原反應方程式的配平,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉化的本質(zhì)

專題：

分析：（1）反應中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，結合化合價升降總數(shù)相等以及元素守恒配平；
（2）①依據(jù)化學平衡三段式列式結合化學反應速率計算；
②計算實驗1、2達到平衡的平衡常數(shù)比較判斷反應進行的方向；
（3）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（4）甲醇燃料電池，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應堿溶液中生成碳酸鹽，正極氧氣得到電子生成氫氧根離子；
（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，該反應中轉移20e^-，由電子守恒和元素守恒定律可知：碳和二氧化碳前系數(shù)為5，高錳酸鉀和硫酸錳化學式前為4，得離子反應為5C+4MnO₄^-+12H+=5CO₂↑+4Mn²⁺+6H₂O，
故答案為：5；4；12；5；4；6；
（2）①依據(jù)化學平衡三段式列式計算，
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）    4       2         0       0
變化量（mol）   1.6     1.6        1.6     1.6
平衡量（mol）   2.4     0.4        1.6     1.6
所以以v （CO₂） 表示的反應速率=

1.6mol 2L

6min

=0.13mol/（L?min）；
故答案為：0.13mol/（L?min）；
 ②實驗1         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 2       1        0         0
變化量（mol/L） 0.8    0.8     0.8       0.8
平衡量（mol/L） 1.2    0.2     0.8       0.8
K₁=

0.8×0.8

1.2×0.2

=2.7
實驗2           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 1       0.5        0       0
變化量（mol/L） 0.2     0.2       0.2     0.2
平衡量（mol/L） 0.8     0.3      0.2    0.2
K₂=

0.2×0.2

0.8×0.3

=0.17
溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正反應方向是放熱反應；
故答案為：放熱；0.17； 
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律①-②+③×4得到2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
（4）甲醇燃料電池，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應堿溶液中生成碳酸鹽，即CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，正極上是氧氣得到電子生成氫氧根離子，
故答案為：正； CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（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

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^-5．

點評：本題考查了氧化還原反應配平，原電池原理的分析判斷，化學平衡影響因素和平衡常數(shù)的計算方法，熱化學方程式計算應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．