Question

3．“低碳循環(huán)”引起各國(guó)的高度重視，而如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視．所以“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(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)），這種顆粒可用如下氧化法提純，請(qǐng)完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式：5C+4KMnO₄+6H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O
（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），得到如下二組數(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

①實(shí)驗(yàn)1中以v（CO₂）表示的反應(yīng)速率為0.13mol/（L•min）（保留二位小數(shù)，下同）．
②實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)K=0.17，該反應(yīng)為放（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)．
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0 kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l））△H=-44.0　kJ/mol
寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol
（4）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如右圖所示的電池裝置．
①該電池正極的電極反應(yīng)為O₂+H₂O+4e^-=4OH^-．
②該電池工作時(shí)，溶液中的OH^-向負(fù)極移動(dòng)．

Answer 1

分析 （1）分析方程式中各元素化合價(jià)變化，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等和原子守恒來(lái)配平化學(xué)方程式；（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO的物質(zhì)的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，根據(jù)v=$\frac{\frac{△V}{V}}{△t}$計(jì)算v（CO），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)概念計(jì)算；第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時(shí)H₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（3）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（4）①燃料電池正極氧氣堿性環(huán)境下得到電子生成氫氧根離子；
②原電池，陰離子移向負(fù)極．

解答 解：（1）高錳酸鉀中錳元素化合價(jià)降低7-2=5價(jià)，碳元素化合價(jià)升高4-0=4價(jià)，化合價(jià)升高數(shù)=化合價(jià)降低數(shù)，所以高錳酸鉀前的系數(shù)是4，碳單質(zhì)前的系數(shù)是5，根據(jù)原子守恒，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：5 C+4KMnO₄+6 H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O；
故答案為：5，4，6，5，4，2，6；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO的物質(zhì)的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{6min}$=0.13mol/（L•min），依據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（CO₂）=v（CO）=0.13mol/（L•min）；
故答案為：0.13mol/（L•min）； 
 ②H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度   0.5mol/L   1mol/L     0        0
轉(zhuǎn)化濃度  0.2mol/L   0.2mol/l  0.2mol/l  0.2mol/l
平衡濃度  0.3mol/L  0.8mol/L  0.2mol/l  0.2mol/l
K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）c（CO）}$=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$=0.17；
實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.6mol}{4mol}$×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%，則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，則說(shuō)明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱；
故答案為：0.17；放；
（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
依據(jù)蓋斯定律①-②+③×4得到甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO （g）+4H₂O（l）△H=-885.6KJ/mol；
得到熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；
（4）①燃料電池正極氧氣堿性環(huán)境下得到電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案為：O₂+H₂O+4e^-=4OH^-；
②氫氧根離子為陰離子，原電池中陰離子移向負(fù)極，故答案為：負(fù)．

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，考查了氧化還原反應(yīng)方程式配平，化學(xué)平衡的影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)方法，題目難度中等，注意用三段式進(jìn)行有關(guān)化學(xué)平衡計(jì)算的方法．