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．
（l）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），得到如下两组数据：

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2条件下平衡常数K=

 

．
②实验3，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由两组实验结果，可判断该反应的正反应△H

 

0（填“＜”，‘‘＞”，“=”）．
（3）己知在常温常压下：
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
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：

 

2CO（g）═2C（s）+O₂（g）
①已知该反应的△H＞0，简述该设想能否实现的依据：

 

．
②目前，在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染，其化学反应方程式为

 

．
（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^-4mol/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为

 

mol/L．

Answer 1

考点：氧化还原反应方程式的配平,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡建立的过程,化学平衡常数的含义,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：基本概念与基本理论

分析：（l）根据氧化还原反应中得失电子数相等和原子守恒来配平化学方程式；
（2）①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；
②计算常数的浓度商Qc，与平衡常数比较，判断反应进行的方向，据此解答；
③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；
（3）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的计算；
（4）①根据G=△H-T?△S判断反应能否自发进行；
②根据生成物为氮气和二氧化碳书写；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=5×10^-5mol/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）高锰酸钾中锰元素化合价降低7-2=5价，碳元素化合价升高4-0=4价，化合价升高数=化合价降低数，所以高锰酸钾前的系数是4，碳单质前的系数是5，根据原子守恒，二氧化碳前是5，硫酸锰前是4，硫酸钾前面是2，根据硫酸跟守恒，所以硫酸前面是6，据氧原子和氢原子守恒，6个水分子前面是6，
故答案为：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①实验2条件下平衡常数，需要列式计算平衡浓度；
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

=

1

6

≈0.17，
故答案为：0.17；
②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=

1×1

1×1

=1，大于平衡常数0.17，故反应向逆反应进行，所以V_正＜V_逆，
故答案为：＜；
③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

2mol

×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，△H＜0，
故答案为：＜；
（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；
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；
（4）①2CO（g）=2C（s）+O₂（g），该反应是焓增、熵减的反应，根据G=△H-T?△S，G＞0，任何温度下不能自发进行，
故答案为：根据G=△H-T?△S，G＞0，不能实现；
②汽车尾气系统中装置反应的化学方程式为2CO+2NO

催化剂  .

2CO₂+N₂，
故答案为：2NO+2CO

催化剂  .

N₂+CO₂ ；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×1×10^-4mol/L=5×10^-5mol/L，根据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，
故答案为：1.12×10^-4mo1/L．

点评：本题考查了氧化还原反应，平衡常数计算应用，盖斯定律的计算应用自由能的应用等，同时考查学生对知识点掌握及综合运用能力，易错点是（5）题，题目难度中等，注意相关知识的积累．