Question

【題目】歐盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排稅以應對冰川融化和全球變暖，使得對如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用碳資源的研究顯得更加緊迫。請運用化學反應原理的相關知識研究碳及其化合物的性質。

（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)，這種顆�？捎萌缦卵趸�法提純，請完成該反應的化學方程式：

___ C+ ___ KMnO4+ ____ H2SO4→____CO2↑+ ____MnSO4+ ____K2SO4+ ____H2O

（2）焦炭可用于制取水煤氣。測得12 g碳與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了131.6 kJ熱量。該反應的熱化學方程式為______________________________________________________。

（3）工業(yè)上在恒容密閉容器中用下列反應合成甲醇：

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H＝akJ/mol 。

下表所列數據是反應在不同溫度下的化學平衡常數(K)。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據是_____________。

A．生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等

B．混合氣體的平均相對分子質量不變

C．混合氣體的密度不變

D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化

②某溫度下，將2 mol CO和一定量的H2充入2 L的密閉容器中，充分反應10min后，達到平衡時測得cmol／L，則以H2表示的反應速率v(H2)=___________。

（4）CO還可以用做燃料電池的燃料，某熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，該電池用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質，CO為負極燃氣，空氣與CO2的

混合氣為正極助燃氣，制得在650 ℃下工作的燃料電池，其正極反應式:

O2+ 2CO2+4e－＝2CO32－，則負極反應式:______________________________________。

（5）向BaSO4沉淀中加入飽和碳酸鈉溶液，充分攪拌，棄去上層清液，如此處理多次，可使BaSO4全部轉化為BaCO3，發(fā)生反應：BaSO4(s)+CO32－(aq) BaCO3(s)+SO42－(aq)。已知某溫度下該反應的平衡常數K=4.0×10－2，BaSO4的Ksp=1.0×10－10，則 BaCO3的溶度積Ksp=___________。

Answer 1

【答案】 5 4 6 5 4 2 6 C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) ΔH=＋131.6 kJmol－1 BD 0.16 mol /(L·min) 2CO + 2CO32－－4e－=4CO2 2.5×10－9

【解析】(1)反應中C元素的化合價由0升高為+4價，Mn元素的化合價由+7價降低為+2價，該反應中轉移20e-，由電子守恒和質量守恒定律可知得化學反應為5C+4KMnO4+6HSO4=5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O；
(2)12g碳的物質的量為1mol，與水蒸氣反應生成CO、H2，吸收131.6kJ熱量，該反應的熱化學方程式C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=+131.6kJmol-1；
(3)①A．無論反應是否達到平衡狀態(tài)，生成CH3OH的速率與消耗CO的速率始終相等，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據，故錯誤；B．反應前后，混合氣體的物質的量改變，氣體的質量不變，反應達到平衡狀態(tài)時，混合氣體的相對平均分子質量不變，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據，故正確；C．混合物的質量始終不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據，故錯誤；D．反應達到平衡狀態(tài)時，CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據，故正確；故選BD；
②△c(H2)=2△c(CO)=2×(-0.2mol/L)=1.6mol/L，由v(H2)===0.16mol/(Lmin)；
(4)燃料電池中，通入CO的一極為原電池的負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為2CO-4e-+2CO32-=4CO2，通入氧氣和CO2的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O2+4e-+2CO2=2CO32-；原電池電極反應，正極上的電極反應式為O2+4e-+2CO2=2CO32-；負極上的電極反應式為2CO-4e-+2CO32-=4CO2；
(5)反應：BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，K=4.0×10-2==×==，Ksp(BaCO3)=2.5×10-9。