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：

 

C+

 

KMnO₄+

 

 H₂SO₄=

 

CO₂↑+

 

MnSO₄+

 

K₂SO₄+

 

（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），得到如表二组数据：

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

 

（保留小数点后二位数，下同）．②实验2条件下平衡常数K=

 

，该反应为

 

（填“吸”或“放”）热反应．
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/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）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该电池工作时，溶液中的OH^-向

 

极移动．

Answer 1

考点：氧化还原反应方程式的配平,热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）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=

△n

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利用三段式计算平衡时，各组分的物质的量，该反应是气体体积不变的反应，故利用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算平衡常数；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CO₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应；
（3）根据热化学方程式和盖斯定律计算进行书写；
（4）①该燃料电池中，负极反应为CH₃OH-6e^-+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②溶液中的OH^-向负极移动．

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，二氧化碳前是5，硫酸锰前是4，硫酸钾前面是2，根据硫酸跟守恒，所以硫酸前面是6，据氧原子和氢原子守恒，产物少6个水分子，
故答案为：5；4；6；5；4；2；6H₂O；
（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）=

△n

V △t

=

1.6mol

2L 6min

=

2

15

mol/（L?min），速率之比等于化学计量数之比，故v（CO₂）=v（CO）=

2

15

mol/（L?min）=0.13mol/（L?min），故答案为：0.13mol/（L?min）；
②平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：2      1        0        0
变化（mol）：0.4    0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    0.6      0.4      0.4
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900℃时该反应平衡常数k=

0.4×0.4

1.6×0.6

=0.17，实验1中CO的转化率为×100%=40%，实验2中CO的转化率为×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；放热；
（3）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
根据盖斯定律，①-②得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l），该反应的反应热△H=-1451.6kJ/mol
-（-566.0kJ/mol）=-885.6kJ/mol
故该反应热化学方程式为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol；
（4）①该燃料电池中，正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②溶液中的OH^-向负极移动，故答案为：负．

点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡常数、化学平衡计算、热化学方程式书写、原电池等，题目难度中等．难点是电极反应式的书写，要注意结合电解质溶液酸碱性书写．