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：(系数按顺序填在答题卷上)

___ 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
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中以v （CO₂） 表示的反应速率为                 （取小数二位，下同）。

②该反应为      （填“吸”或“放”）热反应，实验2条件下平衡常数K=        。

(3)已知在常温常压下：

① 2CH₃OH(l) ＋ 3O₂(g) ＝ 2CO₂(g) ＋ 4H₂O(g)   ΔH ＝ －1275.6 kJ／mol

② 2CO (g)+ O₂(g) ＝ 2CO₂(g)   ΔH ＝ －566.0 kJ／mol

③ H₂O(g) ＝ H₂O(l)   ΔH ＝ －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：                       

⑷某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置。

①该电池正极的电极反应为                           。

② 工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的化学方程式为            。

 

Answer 1

【答案】

（1）5、4、6、5、4、2、6    ⑵①0.13mol/(L·min)    ②放        0.17

⑶ CH₃OH(l)+ O₂(g) ＝ CO(g) + 2H₂O(l)   ΔH＝﹣442.8 kJ∕mol 

⑷① O₂ + 2H₂O + 4e^- =  4OH^-    ② 2CH₃OH + 3O₂ + 4OH^- = 2CO₃^2- + 6H₂O  

【解析】（1）根据方程式可知，碳的化合价从0价升高到＋4价，失去4个电子；Mn的化合价从＋7价降低到＋2价，得到5个电子，所以根据电子的得失守恒可知，氧化剂和还原剂的物质的量之比是4︰5，则配平后的计量数分别是5、4、6、5、4、2、6。

（2）（2）①实验1中平衡时CO减少了1.6mol，所以生成CO₂是1.6mol，浓度是0.8mol/L，则CO₂的反应速率是0.8mol/L÷6min＝0.13mol/(L·min) 。

②升高温度，CO的转化率降低，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，所以正反应是放热反应；实验2中平衡时CO、水蒸气、CO₂和氢气浓度（mol/L）分别是0.8、0.3、0.2、0.2，所以平衡常数K＝（0.2×0.2）/（0.8×0.3）＝0.17。

（3）根据盖斯定律可知，（①－②＋③×4）÷2即得到CH₃OH(l)+ O₂(g) ＝ CO(g) + 2H₂O(l) ，所以反应热是（－1275.6 kJ／mol＋566.0 kJ／mol－44.0 kJ／mol×4）÷2＝﹣442.8 kJ∕mol。

（4）①原电池中正极得到电子，所以氧气在正极通入。由于溶液显碱性，所以正极的方程式是O₂ + 2H₂O + 4e^- =  4OH^-。

②溶液显碱性，所以甲醇的氧化产物是碳酸钠，因此总的反应式是2CH₃OH + 3O₂ + 4OH^- = 2CO₃^2- + 6H₂O。