Question

4．“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视．所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题．
（1）用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式，并在方框内填上系数．
□C+□KMnO₄+□H₂SO₄=□CO₂↑+□MnSO₄+□K₂SO₄+□H₂O
（2）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下二组数据：

实验组	温度℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①实验1条件下，反应从开始至达到平衡，以v（CO₂）表示的反应速率为0.13mol/（L•min）（保留小数点后二位数）．
②实验2条件下平衡常数表达式K=$\frac{c（{CO}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$，该反应为放热（填“吸热”或“放热”）反应．
（3）已知在常温常压下：
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
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）反应中C元素的化合价升高，锰元素的化合价升高，可结合氧化还原反应中得失电子数相等先确定氧化剂KMnO₄及其还原产物的系数、还原剂C及其氧化产物CO₂的系数，再结合原子守恒推断其它反应物和生成物的系数并确定未知物的组成与系数；
（2）①由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$ 计算v（CO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（CO₂）；
②利用三段式计算平衡时，各组分的物质的量，该反应是气体体积不变的反应，故利用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算平衡常数；第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时CO₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应；
（3）根据甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水，结合①②热化学方程式运用盖斯定律计算出反应热并写出热化学方程式．

解答 解：（1）高锰酸钾中锰元素化合价降低7-2=5价，碳元素化合价升高4-0=4价，化合价升高数=化合价降低数，所以高锰酸钾前的系数是4，碳单质前的系数是5，根据原子守恒，二氧化碳前是5，硫酸锰前是4，硫酸钾前面是2，根据硫酸跟守恒，所以硫酸前面是6，据氧原子和氢原子守恒，产物少6个水分子，得化学反应方程式为5C+4KMnO₄+6 H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，故答案为：5；4；6；5；4；2；6H₂O；
（2）①由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=$\frac{\frac{△n}{△V}}{△t}=\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{6mil}=\frac{2}{15}$mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，故v（CO₂）=v（CO）=$\frac{2}{15}$mol/（L•min）=0.13mol/（L•min），故答案为：0.13mol/（L•min）；
②平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：2      1        0        0
变化（mol）：0.4    0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    0.6      0.4      0.4
该反应前后气体体积不变，故利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故900℃时该反应平衡常数k=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}=\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=0.17，实验1中CO的转化率为$\frac{1.6}{4}$×100%=40%，实验2中CO的转化率为$\frac{0.4}{2}$×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热，
故答案为：$\frac{c（{CO}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$；放热；
（3）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
根据盖斯定律，①-②得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g），该反应的反应热△H=-1275.6kJ/mol-（-566.0kJ/mol）=-709.6kJ/mol
故该反应热化学方程式为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（g）△H=-354.8kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8kJ/mol．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡常数、化学平衡计算、热化学方程式书写、氧化还原方程式配平等，题目难度中等．