Question

歐盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排稅以應對冰川融化和全球變暖，使得對如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用碳資源的研究顯得更加緊迫．請運用化學反應原理的相關知識研究碳及其化合物的性質．
（1）用電弧法合成的儲氫納米碳管常伴有大量的碳納米顆粒（雜質），這種顆粒可用如下氧化法提純，請完成該反應的化學方程式：

 

C+

 

KMnO₄⁺

 

H₂SO₄→

 

CO₂↑+

 

MnSO₄+

 

K₂SO₄+

 

H₂O
（2）焦炭可用于制取水煤氣．測得12g碳與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了131.6kJ熱量．該反應的熱化學方程式為

 

．
（3）活性炭可處理大氣污染物NO．在2L密閉容器中加入NO和活性炭（無雜質），生成氣體E和F．當溫度分別在T₁和T₂時，測得各物質平衡時物質的量如下表：

物質	活性炭	NO	E	F
n/mol
T/℃
初始	2.030	0.100	0	0
T1	2.000	0.040	0.030	0.030
T2	2.005	0.050	0.025	0.025

上述反應T₁℃時的平衡常數(shù)為K₁，T₂℃時的平衡常數(shù)為K₂．
Ⅰ．計算K₁=

 

．
Ⅱ．根據(jù)上述信息判斷，溫度T₁和T₂的關系是（填序號）

 

．
a．T₁＞T₂ b．T₁＜T₂ c．無法比較
（4）CO₂經常用氫氧化鈉來吸收，現(xiàn)有0.4mol CO₂，若用200ml 3mol/L NaOH溶液將其完全吸收，溶液中離子濃度由大到小的順序為：

 

．
（5）CO還可以用做燃料電池的燃料，某熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，該電池用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物作電解質，CO為負極燃氣，空氣與CO₂的混和氣為正極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，其負極反應式：2CO+2CO₃^2-=4CO₂+4e^-則正極反應式：

 

，電池總反應式

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,氧化還原反應,熱化學方程式,化學電源新型電池

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）反應中C元素的化合價由0升高為+4價，Mn元素的化合價由+7價降低為+2價，結合化合價升降總數(shù)相等以及質量守恒定律配平；
（2）12g碳的物質的量為1mol，與水蒸氣完全反應生成CO、H₂，吸收131.6kJ熱量，據(jù)此結合熱化學方程式書寫原則進行書寫；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反應中C被氧化，結合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂；
Ⅰ、計算各氣體的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算；
Ⅱ、由表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向逆反應移動，由于正反應是吸熱，還是放熱不確定，不能判斷溫度變化；
（4）據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應量的關系：按照1：2反應，產物是碳酸氫鈉，按照1：2反應，產物是碳酸鈉來計算回答，根據(jù)溶液中離子濃度大小比較的方法結合電離和水解平衡來分析；
（5）通入氧氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極也稱之為陰極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

解答： 解：（1）反應中C元素的化合價由0升高為+4價，Mn元素的化合價由+7價降低為+2價，該反應中轉移20e^-，由電子守恒和質量守恒定律可知得化學反應為5C+4KMnO₄+6HSO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，
故答案為：5；4；6；5；4；2；6；
（2）12g碳的物質的量為1mol，與水蒸氣完全反應生成CO、H₂，吸收131.6kJ熱量，該反應的熱化學方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ?mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ?mol^-1；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，C、NO、E、F的化學計量數(shù)之比為0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反應中C被氧化，結合原子守恒可知，生成為N₂與CO₂，且該反應為可逆反應，故反應方程式為C+2NO?N₂+CO₂，
Ⅰ、平衡時c（NO）=0.02mol/L，c（N₂）=c（CO₂）=0.015mol/L，故T₁℃時該反應的平衡常數(shù)為K₁=

0.015×0.015

0.022

=0.5625，
故答案為：0.5625；
Ⅱ、由表中數(shù)據(jù)可知，溫度由T₁變?yōu)門₂，平衡向逆反應移動，由于正反應是吸熱，還是放熱不確定，無法判斷溫度變化，故答案為：c；
（4）根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉之間反應量的關系：按照1：2反應，產物是碳酸氫鈉，按照1：2反應，產物是碳酸鈉，0.4molCO₂和200mL 3mol/L NaOH溶液混合，二者的物質的量之比是2：3，所的溶液是碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物，在混合物中，碳酸根離子水解程度大與碳酸氫根離子的水解程度，所以c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-），即c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）正極上的電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，負極反應式：2CO+2CO₃^2-=4CO₂+4e^-，兩式相加得電池反應為2CO+O₂=2CO₂，故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
2CO+O₂=2CO₂．

點評：本題考查平衡常數(shù)、化學平衡的有關計算、熱化學方程式的書寫、氧化還原方程式的書寫、離子濃度大小比較等方面的知識，注重高頻考點的考查，綜合性強，題目難度大．