题目内容
【题目】目前低碳经济已成为科学家研究的主要课题之一,如何降低大气中的含量及有效地开发利用,引起全世界的关注:
(1)用电弧法合成的储氢材料常伴有大量的碳纳米颗粒杂质,这些杂质颗粒通常用硫酸酸化的锰酸钾氧化除去,在反应中,杂质碳被氧化为无污染气体而除去,Mn元素转变为,请写出对应的化学方程式并配平: ______ ;
(2)将不同量的和分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应
,得到如下两组数据:
实验组 | 温度 | 起始量 | 平衡量 | 达到平衡所 需时间 | ||
CO | CO | |||||
1 | 650 | 2 | 4 | 5 | ||
2 | 900 | 1 | 2 | 3 |
①实验2条件下平衡时体积分数为 ______ ;
②下列方法中可以证明上述已达平衡状态的是 ______ ;
单位时间内生成nmol的同时生成nmolCO
容器内压强不再变化混合气体密度不再变化
混合气体的平均相对分子质量不再变化的质量分数不再变化
③已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值如下表,则反应,在900K时,该反应平衡常数的对数值 ______ .
气化反应式 | lgK | ||
700K | 900K | 1200K | |
(3)在高温下一氧化碳可将二氧化硫还原为单质硫.已知:
请写出CO除的热化学方程式 ______ .
(4)时,和的溶度积常数分别是和,某含有沉淀的悬浊液中,如果加入等体积的溶液,若要产生沉淀,加入溶液的物质的量浓度最小是 ______ .
(5)时,在醋酸中加入V溶液,测得混合溶液的pH变化曲线如图所示,下列说法正确的是 ______ .
A.的溶液和的溶液中,由水电离出的相等
B.①点时,此时溶液中,
C.②点时,溶液中的
D.③点时,此时溶液中
(6)如图是一种新型燃料电池,它以CO为燃料,一定比例的和熔融混合物为电解质,图2是粗铜精炼的装置图,现用燃料电池为电进行粗铜的精炼实验.回答下列问题:
①写出A极发生的电极反应式 ______ ;
②要用燃料电池为电进行粗铜的精炼实验,则B极应该与 ______ 极填“C”或“D”相连.
【答案】 ae BC D
【解析】
(1)由题目信息可知,C与K2MnO4在硫酸条件下反应生成CO2、MnSO4、K2SO4与H2O,反应中K2MnO4中锰元素化合价降低4价,碳元素化合价升高4价,化合价升降最小公倍数为4,故K2MnO4前的系数是1,碳单质前的系数是1,再根据原子守恒配平;
(2)①根据氢气物质的量计算消耗水的物质的量,再计算平衡时水的物质的量,反应前后气体物质的量不变,则平衡时混合气体总物质的量为3mol,进而计算平衡时水的体积分数;
②可逆反应到达平衡时,同种物质的正逆速率相等,各组分的浓度、含量不变,由此衍生的其它一些物理量不变,判断平衡的物理量应随反应的进行发生改变,该物理量由变化到不变化说明到达平衡;
③已知:Ⅰ.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),令平衡常数为K1,
Ⅱ.C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g),令平衡常数为K2,
则ⅡⅠ可得:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),故该反应平衡常数K=;
(3)已知:①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=393.5kJmol1
②CO2(g)+C(s)=2CO(g) △H2=+172.5kJmol1
③S(s)+O2(g)=SO2(g) △H3=296.0kJmol1
根据盖斯定律,①②③可得:2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2(g);
(4)某含有BaCO3沉淀的悬浊液中c(CO32)=0.2mol/L,根据碳酸钡溶度积计算溶液中c(Ba2+),如果加入等体积的Na2SO4溶液,计算混合后溶液中c(Ba2+),如溶液中生成BaSO4沉淀,则应在混合液中满足c(Ba2+)×c(SO42)>1×1010,计算混合溶液转化硫酸根最小浓度,原硫酸钠溶液最小浓度为混合后溶液中硫酸根离子最小浓度2倍;
(5)A.CH3COOH溶液、CH3COONa溶液氢氧根离子均源于水的电离;
B.根据电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO)+c(OH);
C.溶液呈中性,再根据电荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO)+c(OH)判断;
D.溶液呈碱性,此时溶液中钠离子浓度为0.05mol/L,结合电荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO)+c(OH)判断;
(6)①由图可知,A极CO发生氧化反应,CO失去电子与碳酸根离子结合生成二氧化碳;
②原电池中A为负极,B为正极,电解粗铜的精炼,粗铜作阳极,连接电源正极,精铜作阴极,连接电源负极。
(1)由题目信息可知,C与K2MnO4在硫酸条件下反应生成CO2、MnSO4、K2SO4与H2O,反应中K2MnO4中锰元素化合价降低4价,碳元素化合价升高4价,化合价升降最小公倍数为4,故K2MnO4前的系数是
(2)①实验2条件下平衡时生成氢气为0.4mol,由方程式可知消耗水为0.4mol,则平衡时水的物质的量为1mol0.4mol=0.6mol,反应前后气体物质的量不变,则平衡时混合气体总物质的量为3mol,故平衡时水的体积分数为×100%=20%,故答案为:20%;
②a.单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol CO,生成的氢气与消耗氢气相等,反应到达平衡,故a正确;
b.反应前后气体物质的量不变,恒温恒容下,容器内压强始终不变化,故b错误;
c.混合气体总质量不变,容器容积不变,混合气体密度为定值,故c错误;
d.混合气体总质量不变,反应前后气体物质的量不变,混合气体的平均相对分子质量始终不变,故d错误;
e.随反应进行二氧化碳质量增大,其质量分数增大,CO2的质量分数不再变化说明到达平衡,故e正确;
故答案为:ae;
③已知:Ⅰ.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),令平衡常数为K1,
Ⅱ.C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g),令平衡常数为K2,
则ⅡⅠ可得:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),故该反应平衡常数K=,故lgK=lgK2lgK1=0.03(0.39)=0.36,故答案为:0.36;
(3)已知:已知:①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=393.5kJmol1
②CO2(g)+C(s)=2CO(g) △H2=+172.5kJmol1
③S(s)+O2(g)=SO2(g) △H3=296.0kJmol1
根据盖斯定律,①②③可得:2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2(g) △H=270kJmol1;
故答案为:2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2(g) △H=270kJmol1;
(4)某含有BaCO3沉淀的悬浊液中c(CO32)=0.2mol/L,溶液中c(Ba2+)=mol/L=4×108mol/L,如果加入等体积的Na2SO4溶液,此时溶液中c(Ba2+)=2×108mol/L,如溶液中生成BaSO4沉淀,则应在混合液中满足c(Ba2+)×c(SO42)>1×1010,则c(SO42)>mol/L=5×103mol/L,则加入Na2SO4溶液的物质的量浓度最小是2×5×103mol/L=0.01mol/L;故答案为:0.01;
(5)A.pH=3的CH3COOH溶液中氢氧根离子源于水电离,浓度为1010mol/L,为pH=11的CH3COONa溶液中,氢氧根离子也源于水的电离,溶液中氢氧根离子浓度为103mol/L,故错误;
B.①点时pH=6,此时溶液中c(H+)=106mol/L,c(OH)=108mol/L,由电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO)+c(OH),则c(CH3COO)c(Na+)=c(H+)c(OH)=106mol/L108mol/L=9.9×107mol/L,故B正确;
C.②点时溶液pH=7,则c(H+)=c(OH),根据电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO)+c(OH),故溶液中的c(CH3COO)=c(Na+),故C正确;
D.③点时V=20mL,溶液呈碱性,则c(H+)<c(OH),根据电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO)+c(OH),故溶液中的c(CH3COO)<c(Na+),此时c(Na+)=0.05mol/L,故D错误;
故答案为:BC;
(6)①由图可知,A极CO发生氧化反应,CO失去电子与碳酸根离子结合生成二氧化碳,电极反应式为:CO2e+CO32=2CO2;故答案为:CO2e+CO32=2CO2;
②原电池中A为负极,B为正极,电解粗铜的精炼,粗铜作阳极,连接电源正极,精铜作阴极,连接电源负极,故B极应该与D极相连;故答案为:D。