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(xué)家研究的主要課題．
（1）用電弧法合成的儲(chǔ)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(qǐng)完成該反應(yīng)的化學(xué)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(jìn)行反應(yīng)
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(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(shí)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(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)K=

 

．
②實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a/b的值

 

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

 

V_逆（選填“＜”，
“＞”或“=”）．
（3）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，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(xué)家再次提出“綠色化學(xué)”構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使空氣中的CO₂轉(zhuǎn)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(zhì)甲醇燃料電池負(fù)極反應(yīng)式

 

．當(dāng)電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量為0.6mol時(shí)，參加反應(yīng)的氧氣的體積是

 

L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)電源新型電池,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：化學(xué)平衡專題,電離平衡與溶液的pH專題,電化學(xué)專題

分析：（1）利用化合價(jià)升降法配平化學(xué)方程式；
（2）①先求得各物質(zhì)平衡時(shí)的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積求得平衡常數(shù)；
②在反應(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一種反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率則越高，據(jù)此答題；
③根據(jù)濃度商Qc與平衡常數(shù)K的大小，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，進(jìn)而確定正逆反應(yīng)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(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計(jì)算沉淀時(shí)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(fù)極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧氣作氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)式可計(jì)算出氧氣的體積．

解答： 解：（1）在反應(yīng)中C從0價(jià)升到+4價(jià)，Mn元素從+7價(jià)降為+2價(jià)，利用化合價(jià)升降法及元素守恒配平化學(xué)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(shí)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
所以平衡常數(shù)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(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一種反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率則越高，所以要使CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則0＜

a

b

＜1，故答案為：0＜

a

b

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

1 2 × 1 2

1 2 × 1 2

=1＞0.17=K，所以此時(shí)平衡要逆向移動(dòng)，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(jù)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(fù)極上是燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，電極反應(yīng)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(yīng)，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^?，轉(zhuǎn)移0.6mol電子時(shí)，則參加反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為0.15mol，其體積為0.15×22.4L=3.36L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），
故答案為：CH₃OH+8OH^?-6e^-=CO₃^2-+6H₂O；3.36．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了氧化還原反應(yīng)的配平、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、轉(zhuǎn)化率的應(yīng)用、沉淀溶解的計(jì)算、電化學(xué)知識(shí)等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，中等難度，解題時(shí)注意對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用．