Question

“低碳循環(huán)”已引起各國家的高度重視，而如何降低大氣中CO₂的含量和有效地開發(fā)利用CO₂正成為化學家研究的主要課題．
（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），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）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，進行反應
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數據：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實驗2條件下平衡常數K=

 

．
②實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則a/b的值

 

（填具體值或取值范圍）．
③實驗4，若900℃時，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol，則此時V_正

 

V_逆（選填“＜”，
“＞”或“=”）．
（3）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為1×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

mol/L．
（4）最近科學家再次提出“綠色化學”構想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出，經化學反應后使空氣中的CO₂轉變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．甲醇可制作燃料電池，寫出以氫氧化鉀為電解質甲醇燃料電池負極反應式

 

．當電子轉移的物質的量為0.6mol時，參加反應的氧氣的體積是

 

L（標準狀況下）．

Answer 1

考點：化學平衡常數的含義,化學電源新型電池,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：化學平衡專題,電離平衡與溶液的pH專題,電化學專題

分析：（1）利用化合價升降法配平化學方程式；
（2）①先求得各物質平衡時的濃度，再根據平衡常數等于生成物濃度系數次冪之積除以反應物濃度系數次冪之積求得平衡常數；
②在反應中當反應物的物質的量之比等于化學計量數之比時，各反應物的轉化率相等，某一種反應物越多，其轉化率越低，而另一種反應物的轉化率則越高，據此答題；
③根據濃度商Qc與平衡常數K的大小，判斷反應進行的方向，進而確定正逆反應的速率；
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為1×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=5.0×10^-5mol/L，根據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；
（4）負極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應，正極上是氧氣作氧化劑得電子發(fā)生還原反應，根據電極反應式可計算出氧氣的體積．

解答： 解：（1）在反應中C從0價升到+4價，Mn元素從+7價降為+2價，利用化合價升降法及元素守恒配平化學方程式為5C+4KMnO₄+6H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，故答案為：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①平衡時CO的物質的量為1.6mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0        0
變化（mol）：0.4     0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4      0.4
所以平衡常數K=

0.4mol 2L × 0.4mol 2L

1.6mol 2L × 0.6mol 2L

=

1

6

=0.17，故答案為：0.17；
②在反應中當反應物的物質的量之比等于化學計量數之比時，各反應物的轉化率相等，某一種反應物越多，其轉化率越低，而另一種反應物的轉化率則越高，所以要使CO的轉化率大于水蒸氣，則0＜

a

b

＜1，故答案為：0＜

a

b

＜1；
③900℃時，當CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol時，濃度商Qc=

1 2 × 1 2

1 2 × 1 2

=1＞0.17=K，所以此時平衡要逆向移動，故V_正＜V_逆，故答案為：＜；
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為1×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=5.0×10^-5mol/L，根據Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

5×10-5

mol/L=5.6×10^-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2×5.6×10^-5mol/L=1.12×10^-4mol/L，故答案為：1.12×10^-4；
（4）燃料電池中，負極上是燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應，在堿性環(huán)境下，電極反應式為：CH₃OH+8OH^?-6e^-=CO₃^2-+6H₂O，正極上是氧氣作氧化劑得電子發(fā)生還原反應，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^?，轉移0.6mol電子時，則參加反應的氧氣的物質的量為0.15mol，其體積為0.15×22.4L=3.36L（標準狀況下），
故答案為：CH₃OH+8OH^?-6e^-=CO₃^2-+6H₂O；3.36．

點評：本題主要考查了氧化還原反應的配平、化學平衡常數的計算、轉化率的應用、沉淀溶解的計算、電化學知識等知識點，綜合性較強，中等難度，解題時注意對基礎知識的靈活運用．