Question

3．“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：5C+4KMnO₄+6H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O
（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中以v（CO₂）表示的反应速率为0.13mol/（L•min）（保留二位小数，下同）．
②实验2条件下平衡常数K=0.17，该反应为放（填“吸”或“放”）热反应．
（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=-566.0 kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l））△H=-44.0　kJ/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）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如右图所示的电池装置．
①该电池正极的电极反应为O₂+H₂O+4e^-=4OH^-．
②该电池工作时，溶液中的OH^-向负极移动．

Answer 1

分析 （1）分析方程式中各元素化合价变化，根据氧化还原反应中得失电子数相等和原子守恒来配平化学方程式；（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=$\frac{\frac{△V}{V}}{△t}$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依据图表数据列式计算平衡浓度，结合化学平衡常数概念计算；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H₂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；
（4）①燃料电池正极氧气碱性环境下得到电子生成氢氧根离子；
②原电池，阴离子移向负极．

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，反应的化学方程式为：5 C+4KMnO₄+6 H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O；
故答案为：5，4，6，5，4，2，6；
（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）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{6min}$=0.13mol/（L•min），依据速率之比等于化学计量数之比，则v（CO₂）=v（CO）=0.13mol/（L•min）；
故答案为：0.13mol/（L•min）； 
 ②H₂O（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
K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）c（CO）}$=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$=0.17；
实验1中CO的转化率为$\frac{1.6mol}{4mol}$×100%=40%，实验2中CO的转化率为$\frac{0.4mol}{2mol}$×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：0.17；放；
（3）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
依据盖斯定律①-②+③×4得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO （g）+4H₂O（l）△H=-885.6KJ/mol；
得到热化学方程式为：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）①燃料电池正极氧气碱性环境下得到电子生成氢氧根离子，电极反应式为：O₂+H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案为：O₂+H₂O+4e^-=4OH^-；
②氢氧根离子为阴离子，原电池中阴离子移向负极，故答案为：负．

点评 本题为综合题，考查了氧化还原反应方程式配平，化学平衡的影响因素分析判断，平衡常数计算应用，盖斯定律的计算应用，原电池电极反应的书写方法，题目难度中等，注意用三段式进行有关化学平衡计算的方法．