Question

“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：

5

 C+

4

 KMnO₄+

6

 H₂SO₄→

5

CO₂↑+

4

MnSO₄+

2

K₂SO₄+

6

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=

2.67

（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a/b 的值

小于1

（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：

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol

（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

5.6×10^-5mol/L

．
（5）甲醇可制作燃料电池．写出以稀硫酸为电解质溶液的甲醇燃料电池负极反应式

CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）反应中C→CO₂，碳元素化合价由0价升高为+4价，共升高4价，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合价由+7价降低为+2价，共降低5价，化合价升降最小公倍数为20，故C的系数为5，故KMnO₄系数为4，据此结合原子守恒配平其它物质的系数；
（2）①化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写；
②由于CO与H₂O的化学计量数相等都为1，所以当两者物质的量相等时二者转化率相等．要使CO转化率大于H₂O的转化率，则增大H₂O的物质的量；
③对同一反应温度相同，平衡常数相同，根据表中实验2计算900℃时平衡常数，再计算实验3浓度商，与平衡常数相比判断平衡移动，据此解答；
（3）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的计算，据此书写；
（4）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍；
（5）甲醇燃料电池中，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应．

解答：解：（1）反应中C→CO₂，碳元素化合价由0价升高为+4价，共升高4价，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合价由+7价降低为+2价，共降低5价，化合价升降最小公倍数为20，故C的系数为5，故KMnO₄系数为4，结合原子守恒配平后方程式为：5C+4KMnO₄+6H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，
故答案为：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①可逆反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）的化学平衡常数k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，平衡时CO的物质的量为2.4mol，则：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：4       2         0        0
变化（mol）：1.6    1.6       1.6      1.6
平衡（mol）：2.4     0.4       1.6      1.6
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650℃时该反应平衡常数k=

1.6×1.6

2.4×0.4

=2.67，
故答案为：2.67；
②由于CO与H₂O的化学计量数相等都为1，所以当两者物质的量相等时二者转化率相等．要使CO转化率大于H₂O（g）的转化率，则增大H₂O（g）的物质的量，即a/b 的值小于1，
故答案为：小于1；
③对同一反应温度相同，平衡常数相同．根据表中实验2计算900℃时平衡常数，
   对于反应 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：2           1                0        0
变化（mol）：2-1.6=0.4   0.4              0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    1-0.4=0.6             0.4      0.4
900℃时平衡常数k=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.4×0.4

1.6×0.6

=

1

6

，
实验3的浓度商为Qc=

5×2

10×5

=

1

5

，大于平衡常数，反应向逆反应进行，所以V_正＜V_逆，
故答案为：＜；
（3）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
依据盖斯定律①-②+③×4得：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO （g）+4H₂O（l）△H=-885.6KJ/mol，
即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；
（4）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根据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，
故答案为：5.6×10^-5mol/L；
（5）甲醇燃料碱性电池中，甲醇在负极上发生氧化反应，甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评：本题考查较为综合，涉及氧化还原反应配平、反应速率计算、化学平衡常数等，注意掌握氧化还原反应配平方法、盖斯定律的运用等，题目难度中等．