题目内容
【题目】“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:
______ 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),得到如下三组数据:
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 |
3 | 900 | a | b | c | d | t |
①实验1条件下平衡常数K=_________(取小数二位,下同)。
②实验3中,若平衡时,CO的转化率大于水蒸气,则 的值_________(填具体值或取值范围)。
③实验4,若900℃时,在此容器中加入10molCO,5molH2O,2molCO2,5molH2,则此时V正________V逆 (填“<”,“>”,“=”)
(3)已知在常温常压下:
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
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:_______________。
(4)CO2在自然界循环时可与CaCO3反应,CaCO3是一种难溶物质,其Ksp=2.8×10-9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀,现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合,若Na2CO3溶液的浓度为2×10-4mol/L,则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为_______________。
【答案】(12分)
(1) 5:4:6:5:4:2:6;
(2)2.67 0<<1 <
(3)CH3OH(I)+O2(g)=CO(g)+2H2O(I) △H=-442.8kJ·mol-1
(4)5.6×10-5
【解析】
试题分析:(1)根据氧化还原反应氧化剂、还原剂得失电子数目相等配平,反应中C元素化合价0→+4,Mn元素化合价+7→+2,反应得失电子相等,则有:5C~4KMnO4,根据质量守恒可确定H2SO4的计量数为6,则配平后的计量数分别是:5、4、6、5、4、2、6;
(2)① H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)
初始浓度 1mol/L 2mol/L 0 0
转化浓度 0.8mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l 0.8mol/l
平衡浓度 0.2mol/L 1.2mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l
所以平衡常数K==2.67
②增大水蒸气的浓度可以提高CO的转化率,因此实验3中,若平衡时,CO的转化率大于水蒸气,则a、b必须满足的关系是a<b,故0<<1。
③实验2条件下平衡常数,需要列式计算平衡浓度
H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)
初始浓度 0.5mol/L 1mol/L 0 0
转化浓度 0.2mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l 0.2mol/l
平衡浓度 0.3mol/L 0.8mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l
则K==0.17
若在9000C时,另做一组实验,在此容器中加入l0mol CO,5mo1 H2O,2mo1 CO2,5mol H2,则此时 =0.2>0.17,这说明反应在向逆反应方向进行,因此υ正<υ逆。
(3)已知在常温常压下:
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(g) △H=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律,将已知反应×(①-②+③×4)得到CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(I),所以该反应的△H=×[(-1275.6kJ/mol)-(-566.0kJ/mol)+(-44.0kJ/mol)×4]=-442.8kJ·mol-1,
即CH3OH(I)+O2(g)=CO(g)+2H2O(I) △H=-442.8kJ·mol-1。
(4)Na2CO3溶液的浓度为2×10-4mol/L,等体积混合后溶液中c(CO32-)=1/2×2×10-4mol/L=1×10-4mol/L,根据Ksp=c(CO32-)×c(Ca2+)=2.8×10-9可知,c(Ca2+)=2.8×10-5mol/L,原溶液CaCl2溶液的最小浓度为混合溶液中c(Ca2+)的2倍,故原溶液CaCl2溶液的最小浓度为2×2.8×10-5mol/L=5.6×10-5mol/L。