Question

 “低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂正成为化学家研究的主要课题。

（1）用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式：

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

  （2）将不同量的CO(g)和H₂O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)，得到如下三组数据：

实验组	温度℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需 时间/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实验2条件下平衡常数K=            。

②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b 的值______(填具体值或取值范围)。

③实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂ 、H₂均为1mol，则此时V_正       V_逆（填“<” ，“>” ，“=”）。

（3）已知在常温常压下：

① 2CH₃OH(l) ＋ 3O₂(g) ＝ 2CO₂(g) ＋ 4H₂O(g)   ΔH＝－1275.6 kJ／mol

② 2CO (g)+ O₂(g) ＝ 2CO₂(g)   ΔH＝－566.0 kJ／mol

③ H₂O(g) ＝ H₂O(l)   ΔH＝－44.0 kJ／mol

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：____________

（4）已知草酸是一种二元弱酸，草酸氢钠（NaHC₂O₄）溶液显酸性。常温下，向10 mL 0.01 mol·L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol·L^-1 NaOH溶液时，比较溶液中各种离子浓度的大小关系                                      ；

（5）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10^-9。

CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mo1/L ，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为                    mo1/L 。

 

Answer 1

【答案】

（共15分）

（1） 5、4、6、5、4、2、6（2分）

（2）①1/6或0.17(2分)   ②<1 （填0<a/b<1亦可）(2分)     ③< (2分)  

（3）CH₃OH(l)+ O₂(g) ＝ CO(g) + 2H₂O(l)   ΔH＝﹣442.8 kJ∕mol  (3分)

（聚集状态没注明不得分，未配平不得分）

（4）c(Na⁺)> c(HC₂O₄^-)> c(H⁺)> c(C₂O₄^2-) > c(OH^-)(2分)；（5）1.12×10^{— 4}mo1/L （2分）

【解析】

试题分析：

（1）反应中C→CO₂，碳元素化合价由0价升高为+4价，共升高4价，KMnO₄→MnSO₄，Mn元素化合价由+7价降低为+2价，共降低5价，化合价升降最小公倍数为20，故C的系数为5，故KMnO₄系数为4，结合原子守恒配平后方程式为：5C+4KMnO₄+6H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O

（2）①、平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：

CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g），

开始（mol）：2          1         0        0

变化（mol）：0.4       0.4       0.4       0.4

平衡（mol）：1.6       0.6       0.4       0.4

该反应前后气体体积不变，故利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故900℃时该反应平衡常数k==0.17，

②、由于CO与H₂的化学计量数相等都为1，所以当两者物质的量相等时二者转化率相等。要使CO转化率大于H₂的转化率，则增大H₂的物质的量，即a/b的值小于1，

③、由①900℃时，该反应的平衡常数为0.17，实验4，在900℃时，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均为1mol，则此时浓度商Qc==1，大于平衡常数0.17，故反应向逆反应进行，所以V_正＜V_逆，

（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol

②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol

③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol

依据盖斯定律①-②+③×4得：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO （g）+4H₂O（l）△H=-885.6KJ/mol；

即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；

（4）向10mL 0.01mol•L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol•L^-1 NaOH溶液，二者恰好反应，所得溶液为NaHC₂O₄溶液，在该溶液中，直接电离出的Na⁺和HC₂O₄^-浓度最大，NaHC₂O₄溶液显酸性，说明HC₂O₄^-的电离程度大于水解，所以c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-），c（H⁺）＞c（OH^-），溶液中水电离生成氢离子，故c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），溶液呈酸，电离产生的c（C₂O₄^2-）原大于c（OH^-），溶液中离子浓度c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-），

（5）Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mo1/L，等体积混合后溶液中

c（CO₃^2-）=×1×10^-4mo1/L=5×10^-5mo1/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，钙离子最小浓度c（Ca²⁺）=mol/L=5.6×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×5.6×10^-5mol/L=1.12×10^-4mol/L。

考点定位：本题考查氧化还原反应配平、平衡常数的计算与运用、热化学方程式书写、离子浓度大小比较、溶度积的有关计算等，题目综合性较大，是对学生能力的考查，难度中等，（5）中计算为易错点，溶液忽略混合后溶液的浓度发生变化。