Question

（2013?哈爾濱模擬）如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視，所以“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題．
（1）用電弧法合成的儲氫納米碳管常伴有大量的碳納米顆粒（雜質(zhì)），這種顆�？捎萌缦卵趸�法提純，請完成該反應(yīng)的離子方程式：

5

C+

4

MnO

- 4

+

12

H⁺═

5

CO₂↑+

4

Mn²⁺+

6

H₂O
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中．進(jìn)行反應(yīng)
CO+H₂O?CO₂（g）+H₂（g）得到如下兩組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗編號	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①實(shí)驗1從開始到達(dá)到化學(xué)平衡時，以v（CO₂）表示的反應(yīng)速率為

0.13mol/（L?min）

（精確到0.01，下同）
②該反應(yīng)為

放

（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)，實(shí)驗2條件下平衡常數(shù)K=

0.17

．
（3）以二甲醚（CH₃OCH₃）、空氣、氫氧化鉀為原料，鉑為電極可構(gòu)成燃料電池，其工作原理  與甲烷燃料電池的原理相似．請寫出該電池負(fù)極上的電極反應(yīng)式：

CH₃OCH₃+160H^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O

．
（4）已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱分別為-285.8kJ?mol^-1、-283.0kJ?mol ^-1和-726.5kJ?mol^-1．請寫出甲醇（CH₃OH）不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1

．
（5）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其K_sp=2.8×10^-9（25℃）．現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若混合前Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol?L^-1，則生成沉淀所需原CaCl₂溶液的最小濃度為

5.6×10^-5mol/L

．

Answer 1

分析：（1）反應(yīng)中C→CO₂，碳元素化合價由0價升高為+4價，共升高4價，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合價由+7價降低為+2價，共降低5價，化合價升降最小公倍數(shù)為20，故C的系數(shù)為5，故KMnO₄系數(shù)為4，據(jù)此結(jié)合原子守恒配平其它物質(zhì)的系數(shù)；
（2）①已知平衡時c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，根據(jù)公式求出v（CO₂）
②第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時H₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；依據(jù)圖表數(shù)據(jù)列式計算平衡濃度，結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)概念計算；
（3）負(fù)極上是燃料甲醚發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成CO₃^2-和H₂O；
（4）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計算沉淀時混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答：解：（1）反應(yīng)中C→CO₂，碳元素化合價由0價升高為+4價，共升高4價，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合價由+7價降低為+2價，共降低5價，化合價升降最小公倍數(shù)為20，故C的系數(shù)為5，故KMnO₄系數(shù)為4，結(jié)合原子守恒配平后方程式為：5C+4KMnO₄+6H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，離子方程式為5C+4MnO₄^-+12H⁺=5CO₂↑+4Mn²⁺+6H₂O，
故答案為：5；4；12；5；4；6；
（2）①已知平衡時c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，v（CO₂）=

1.6mol 2L

6min

=0.13mol/（L?min），故答案為：0.13mol/（L?min）；
②實(shí)驗1中CO的轉(zhuǎn)化率為

1.6mol

4mol

×100%=40%，實(shí)驗2中CO的轉(zhuǎn)化率為

0.4mol

0.4mol

×100%=20%，則實(shí)驗1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)放熱，實(shí)驗2條件下，
           H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度   0.5mol/L   1mol/L      0        0
轉(zhuǎn)化濃度  0.2mol/L   0.2mol/l   0.2mol/l  0.2mol/l 
平衡濃度  0.3mol/L   0.8mol/L   0.2mol/l  0.2mol/l 
K=

c(CO2)c(H2)

c(H2O)c(CO)

=

0.2×0.2

0.3×0.8

=0.17，
故答案為：放；0.17；
（3）負(fù)極上是燃料甲醚發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，即為：CH₃OCH₃+160H^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O，故答案為：CH₃OCH₃+160H^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O；
（4）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，則
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1 
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1 
由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（2）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根據(jù)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溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L，故答案為：5.6×10^-5mol/L．

點(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡的影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計算應(yīng)用，蓋斯定律的計算應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)的書寫方法，Ksp的有關(guān)計算等，題目難度中等．