Question

【题目】“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科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+

(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)，得到如下二组数据：

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

①实验1中以CO2表示的化学反应速率为__________（保留小数点后二位数，下同）。

②实验2条件下平衡常数K=_________，该反应为 _____（填“吸”或“放”）热反应。

(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气态水的热化学方程式：_____________。

(4)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置。

①该电池负极的电极反应为：_______________。

②该电池工作时，溶液中的OH－向______极移动。

Answer 1

【答案】 5 C + 4KMnO4 + 6 H2SO4 ＝ 5CO2↑+ 4MnSO4 + 2K2SO4+ 6H2O 0.13mol/(L·min) 0.17 放 CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（g）ΔH=-354.8KJ/mol CH3OH+8OH— —6e-=CO32-+6 H2O 负

【解析】(1)由反应方程式可知，C元素从0价升高为+4价，Mn元素从+7价降低为+2价，所以最小公倍数为20，则配平后的方程式为 5 C + 4KMnO4 + 6 H2SO4 ＝ 5CO2↑+ 4MnSO4 + 2K2SO4+ 6H2O；

(2)①由表中实验1的数据，结合反应方程式可知，n(CO2)起始=0，平衡时n(CO2)平衡=n(H2)平衡=1.6mol，则以CO2表示的化学反应速率为== 1.3(L·min)；②实验2中各物质的平衡浓度为c(CO2)平衡=c(H2)平衡=0.2mol/L，c(CO)平衡=0.8mol/L，c(H2O)平衡=0.3mol/L，则K2= = = 0.17；同理求出实验1的K1 = 2.7，可见，当温度升高时，平衡常数K值减小，即平衡向左移动，则该反应为放热反应；

(3)根据要求甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和水的化学方程式为CH3OH＋O2＝CO +2H2O，根据盖斯定律(①—②)/2 可得CH3OH(l)＋O2(g)＝CO(g) +2H2O(g) ΔH=-354.8KJ/mol；

(4)该装置的原理实质就是甲醇在碱性条件下的燃烧，反应的离子方程式为2CH3OH＋3O2＋4OH－ 2CO32－＋6H2O，所以通氧气的一极为正极，其电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，则甲醇在负极反应，其电极反应式为CH3OH+8OH— —6e-=CO32-+6 H2O；根据原电池工作原理，在电解质溶液中，阴离子向负极移动，所以溶液中的OH－向负极即甲醇的一极移动。