Question

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），這種顆粒可用如下氧化法提純，請完成該反應的化學方程式：（系數(shù)按順序填在答題卷上）用單線橋標出電子轉移的方向和數(shù)目．

 

 C+

 

 KMnO₄+

 

 H₂SO₄→

 

CO₂↑+

 

MnSO₄+

 

K₂SO₄+

 

H₂O
（2）焦炭可用于制取水煤氣．測得12g碳與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了131.6kJ熱量．該反應的熱化學方程式為

 

．
（3）活性炭可處理大氣污染物NO．在2L密閉容器中加入NO和活性炭（無雜質），生成氣體E和F．當溫度分別在T₁和T₂時，測得各物質平衡時物質的量如下表：

物質 T/℃n/mol	活性炭	NO	E	F
初始	2.030	0.100	0	0
T1	2.000	0.040	0.030	0.030
T2	2.005	0.050	0.025	0.025

①請結合上表數(shù)據(jù)，寫出NO與活性炭反應的化學方程式

 

．
②根據(jù)上述信息判斷，溫度T₁和T₂的關系是（填序號）

 

．
a．T₁＞T₂            b．T₁＜T₂        c．無法比較
（4）標準狀況下，將4.48L CO₂通入200mL 1.5mol/L的NaOH溶液，所得溶液中各離子濃度由大到小的順序為

 

．
（5）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的混和氣為正極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，其負極反應式：2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂則正極反應式：

 

，電池總反應式：

 

．
（6）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(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mo1/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

．
（7）常溫常壓下，飽和CO₂水溶液的pH=5.6，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5mol/L．若忽略水的電離及H₂CO₃的第二級電離，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的電離平衡常數(shù)K=

 

．（已知：10^-5.6=2.5×10^-6）．

Answer 1

考點：氧化還原反應,熱化學方程式,化學電源新型電池,弱電解質在水溶液中的電離平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)氧化還原反應中得失電子數(shù)相等和原子守恒來配平化學方程式；
（2）12gC的物質的量是1mol，1molC和水蒸氣反應吸收了131.6kJ熱量；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反應中C被氧化，結合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂；
②由表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向逆反應移動，由于正反應是吸熱，還是放熱不確定，不能判斷溫度變化；
（4）n （CO₂）=0.2mol，n（NaOH）=0.3mol，則反應的可能方程式有：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，CO₂+NaOH=NaHCO₃，1＜n（NaOH）：n （CO₂）＜2，所以溶液中的溶質有碳酸鈉、碳酸氫鈉，設所得產物中含Na₂CO₃為xmol，NaHCO₃為ymol，
則得方程組：

x+y=0.2 2x+y=0.3

解得：x=0.1，y=0.1，
溶液中的溶質為等物質的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉，碳酸根水解程度大于碳酸氫根離子；
（5）燃料電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應，得失電子相等時，正負極電極反應式相加即得電池反應式；
（6）根據(jù)溶度積常數(shù)計算氯化鈣濃度；
（7）K=

c(H+)．c(HCO3-)

c(H2CO3)

．

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，產物為6個水分子，該反應中轉移電子數(shù)為20，，

故答案為：5；4；6；5；4；2；；
（2）12gC的物質的量是1mol，1molC和水蒸氣反應吸收了131.6kJ熱量，其熱化學反應方程式為C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ?mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ?mol^-1；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反應中C被氧化，結合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂，且該反應為可逆反應，故反應方程式為：C+2NO?N₂+CO₂，
故答案為：C+2NO?N₂+CO₂；
②由表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向逆反應移動，由于正反應是吸熱，還是放熱不確定，無法判斷溫度變化，故答案為：c；
（4）n （CO₂）=0.2mol，n（NaOH）=0.3mol，則反應的可能方程式有：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，CO₂+NaOH=NaHCO₃，1＜n（NaOH）：n （CO₂）＜2，所以溶液中的溶質有碳酸鈉、碳酸氫鈉，設所得產物中含Na₂CO₃為xmol，NaHCO₃為ymol，
則得方程組：

x+y=0.2 2x+y=0.3

解得：x=0.1，y=0.1，
在含等物質的量的碳酸鈉、碳酸氫鈉的溶液中，c（Na⁺）最大，碳酸根離子水解大于碳酸氫根離子的水解，則c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），
水解使溶液顯堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），顯性離子大于隱性離子，所以c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
即離子濃度大小為c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）該燃料電池中，負極上電極反應式為2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應式為O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-，則電池反應式為2CO+O₂=2CO₂，故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-；2CO+O₂=2CO₂；
（6）混合溶液中碳酸根離子濃度為1×10^-4mo1/L，混合溶液中c（Ca ²⁺ ）=

Ksp

c(CO32-)

=

2.8×10-9

1×10-4

mol/L=2.8×10^-5mo1/L，則原來溶液中c（CaCl₂）=5.6×10^-5mo1/L，故答案為：5.6×10^-5mo1/L；
（7）K=

c(H+)．c(HCO3-)

c(H2CO3)

=

10-5.6×10-5.6

1.5×10-5

=4.17×10^-7，故答案為：4.17×10^-7．

點評：本題考查較綜合，涉及平衡常數(shù)的有關計算、離子濃度大小比較、原電池原理、熱化學反應、氧化還原反應等知識點，這些知識點都是考試熱點，根據(jù)基本公式、溶液中的溶質及守恒思想、原電池原理等知識點分析解答，注意（6）題兩種溶液混合時，離子濃度降為原來的一半，為易錯點．