Question

“低碳循環(huán)”引起各國的高度重視，而如何降低大氣中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)的化學(xué)方程式：

 

C+

 

KMnO₄+

 

 H₂SO₄=

 

CO₂↑+

 

MnSO₄+

 

K₂SO₄+

 

（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（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如表二組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	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(yàn)1中以v （CO₂） 表示的反應(yīng)速率為

 

（保留小數(shù)點(diǎn)后二位數(shù)，下同）．②實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)K=

 

，該反應(yīng)為

 

（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)．
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
寫出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：

 

（4）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖所示的電池裝置．
①該電池正極的電極反應(yīng)為

 

．
②該電池工作時，溶液中的OH^-向

 

極移動．

Answer 1

考點(diǎn)：氧化還原反應(yīng)方程式的配平,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等和原子守恒來配平化學(xué)方程式；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO的物質(zhì)的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，根據(jù)v=

△n

V △t

計(jì)算v（CO），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
②利用三段式計(jì)算平衡時，各組分的物質(zhì)的量，該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，故利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算平衡常數(shù)；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CO₂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)；
（3）根據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算進(jìn)行書寫；
（4）①該燃料電池中，負(fù)極反應(yīng)為CH₃OH-6e^-+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②溶液中的OH^-向負(fù)極移動．

解答： 解：（1）高錳酸鉀中錳元素化合價降低7-2=5價，碳元素化合價升高4-0=4價，化合價升高數(shù)=化合價降低數(shù)，所以高錳酸鉀前的系數(shù)是4，碳單質(zhì)前的系數(shù)是5，根據(jù)原子守恒，二氧化碳前是5，硫酸錳前是4，硫酸鉀前面是2，根據(jù)硫酸跟守恒，所以硫酸前面是6，據(jù)氧原子和氫原子守恒，產(chǎn)物少6個水分子，
故答案為：5；4；6；5；4；2；6H₂O；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO的物質(zhì)的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=

△n

V △t

=

1.6mol

2L 6min

=

2

15

mol/（L?min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（CO₂）=v（CO）=

2

15

mol/（L?min）=0.13mol/（L?min），故答案為：0.13mol/（L?min）；
②平衡時CO的物質(zhì)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
該反應(yīng)前后氣體體積不變，故利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故900℃時該反應(yīng)平衡常數(shù)k=

0.4×0.4

1.6×0.6

=0.17，實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=20%，則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)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，
故答案為：0.17；放熱；
（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
根據(jù)蓋斯定律，①-②得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-1451.6kJ/mol
-（-566.0kJ/mol）=-885.6kJ/mol
故該反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol；
（4）①該燃料電池中，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②溶液中的OH^-向負(fù)極移動，故答案為：負(fù)．

點(diǎn)評：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫、原電池等，題目難度中等．難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，要注意結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫．