Question

（2013?哈尔滨模拟）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，请完成该反应的离子方程式：

5

C+

4

MnO

- 4

+

12

H⁺═

5

CO₂↑+

4

Mn²⁺+

6

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+H₂O?CO₂（g）+H₂（g）得到如下两组数据：

实验编号	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从开始到达到化学平衡时，以v（CO₂）表示的反应速率为

0.13mol/（L?min）

（精确到0.01，下同）
②该反应为

放

（填“吸”或“放”）热反应，实验2条件下平衡常数K=

0.17

．
（3）以二甲醚（CH₃OCH₃）、空气、氢氧化钾为原料，铂为电极可构成燃料电池，其工作原理  与甲烷燃料电池的原理相似．请写出该电池负极上的电极反应式：

CH₃OCH₃+160H^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O

．
（4）已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热分别为-285.8kJ?mol^-1、-283.0kJ?mol ^-1和-726.5kJ?mol^-1．请写出甲醇（CH₃OH）不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1

．
（5）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_sp=2.8×10^-9（25℃）．现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若混合前Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol?L^-1，则生成沉淀所需原CaCl₂溶液的最小浓度为

5.6×10^-5mol/L

．

Answer 1

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，据此结合原子守恒配平其它物质的系数；
（2）①已知平衡时c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，根据公式求出v（CO₂）
②第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时H₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应；依据图表数据列式计算平衡浓度，结合化学平衡常数概念计算；
（3）负极上是燃料甲醚发生失电子的氧化反应生成CO₃^2-和H₂O；
（4）根据CO和CH₃OH的燃烧热先书写热方程式，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答：解：（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，离子方程式为5C+4MnO₄^-+12H⁺=5CO₂↑+4Mn²⁺+6H₂O，
故答案为：5；4；12；5；4；6；
（2）①已知平衡时c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，v（CO₂）=

1.6mol 2L

6min

=0.13mol/（L?min），故答案为：0.13mol/（L?min）；
②实验1中CO的转化率为

1.6mol

4mol

×100%=40%，实验2中CO的转化率为

0.4mol

0.4mol

×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热，实验2条件下，
           H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始浓度   0.5mol/L   1mol/L      0        0
转化浓度  0.2mol/L   0.2mol/l   0.2mol/l  0.2mol/l 
平衡浓度  0.3mol/L   0.8mol/L   0.2mol/l  0.2mol/l 
K=

c(CO2)c(H2)

c(H2O)c(CO)

=

0.2×0.2

0.3×0.8

=0.17，
故答案为：放；0.17；
（3）负极上是燃料甲醚发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，即为：CH₃OCH₃+160H^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O，故答案为：CH₃OCH₃+160H^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O；
（4）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，则
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1 
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1 
由盖斯定律可知用②-①得反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），该反应的反应热△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（2）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10-4

mol/L=2.8×10^-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2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L，故答案为：5.6×10^-5mol/L．

点评：本题考查了化学平衡的影响因素分析判断，平衡常数计算应用，盖斯定律的计算应用，原电池电极反应的书写方法，Ksp的有关计算等，题目难度中等．