题目内容
【题目】欧盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排税以应对冰川融化和全球变暖，使得对如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用碳资源的研究显得更加紧迫。请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。
（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：
___ C+ ___ KMnO4+ ____ H2SO4→____CO2↑+ ____MnSO4+ ____K2SO4+ ____H2O
（2）焦炭可用于制取水煤气。测得12 g碳与水蒸气完全反应生成水煤气时，吸收了131.6 kJ热量。该反应的热化学方程式为______________________________________________________。
（3）工业上在恒容密闭容器中用下列反应合成甲醇：
CO(g)＋2H2(g)
CH3OH(g) △H＝akJ/mol 。
下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。
温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
①判断反应达到平衡状态的依据是_____________。
A．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等
B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．混合气体的密度不变
D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
②某温度下，将2 mol CO和一定量的H2充入2 L的密闭容器中，充分反应10min后，达到平衡时测得c
mol／L，则以H2表示的反应速率v(H2)=___________。
（4）CO还可以用做燃料电池的燃料，某熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，该电池用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的
混合气为正极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，其正极反应式:
O2+ 2CO2+4e－＝2CO32－，则负极反应式:______________________________________。
（5）向BaSO4沉淀中加入饱和碳酸钠溶液，充分搅拌，弃去上层清液，如此处理多次，可使BaSO4全部转化为BaCO3，发生反应：BaSO4(s)+CO32－(aq) 
BaCO3(s)+SO42－(aq)。已知某温度下该反应的平衡常数K=4.0×10－2，BaSO4的Ksp=1.0×10－10，则 BaCO3的溶度积Ksp=___________。
【答案】 5 4 6 5 4 2 6 C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) ΔH=＋131.6 kJmol－1 BD 0.16 mol /(L·min) 2CO + 2CO32－－4e－=4CO2 2.5×10－9
【解析】(1)反应中C元素的化合价由0升高为+4价，Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，该反应中转移20e-，由电子守恒和质量守恒定律可知得化学反应为5C+4KMnO4+6HSO4=5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O；
(2)12g碳的物质的量为1mol，与水蒸气反应生成CO、H2，吸收131.6kJ热量，该反应的热化学方程式C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=+131.6kJmol-1；
(3)①A．无论反应是否达到平衡状态，生成CH3OH的速率与消耗CO的速率始终相等，所以不能作为判断平衡状态的依据，故错误；B．反应前后，混合气体的物质的量改变，气体的质量不变，反应达到平衡状态时，混合气体的相对平均分子质量不变，所以能作为判断平衡状态的依据，故正确；C．混合物的质量始终不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，所以不能作为判断平衡状态的依据，故错误；D．反应达到平衡状态时，CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，所以能作为判断平衡状态的依据，故正确；故选BD；
②△c(H2)=2△c(CO)=2×(
-0.2mol/L)=1.6mol/L，由v(H2)=
=
=0.16mol/(Lmin)；
(4)燃料电池中，通入CO的一极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为2CO-4e-+2CO32-=4CO2，通入氧气和CO2的混合气体一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-；原电池电极反应，正极上的电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-；负极上的电极反应式为2CO-4e-+2CO32-=4CO2；
(5)反应：BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，K=4.0×10-2=
=×
=
=
，Ksp(BaCO3)=2.5×10-9。
