Question

“低碳循環(huán)”已引起各國家的高度重視，而如何降低大氣中CO₂的含量和有效地開發(fā)利用CO₂正成為化學(xué)家研究的主要課題．
（l）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(zhì)），這種顆粒可用如下氧化法提純，請完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

C+

 

KMnO₄+

 

H₂SO₄→

 

CO₂↑+

 

MnSO₄+

 

K₂SO₄+

 

H₂O
（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，進行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下兩組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①實驗2條件下平衡常數(shù)K=

 

．
②實驗3，若900℃時，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol，則此時v_正

 

v_逆（填“＜”，“＞”，“=”）．
③由兩組實驗結(jié)果，可判斷該反應(yīng)的正反應(yīng)△H

 

0（填“＜”，‘‘＞”，“=”）．
（3）己知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫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：

 

2CO（g）═2C（s）+O₂（g）
①已知該反應(yīng)的△H＞0，簡述該設(shè)想能否實現(xiàn)的依據(jù)：

 

．
②目前，在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉(zhuǎn)化器可減少CO和NO的污染，其化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

．
（5）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為1×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

mol/L．

Answer 1

考點：氧化還原反應(yīng)方程式的配平,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：基本概念與基本理論

分析：（l）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等和原子守恒來配平化學(xué)方程式；
（2）①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)列式計算平衡濃度，結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)概念計算；
②計算常數(shù)的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進行的方向，據(jù)此解答；
③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?shù)南禂?shù)進行加減構(gòu)造目標方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)并進行相應(yīng)的計算；
（4）①根據(jù)G=△H-T?△S判斷反應(yīng)能否自發(fā)進行；
②根據(jù)生成物為氮氣和二氧化碳書寫；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為1×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=5×10^-5mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計算沉淀時混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答： 解：（1）高錳酸鉀中錳元素化合價降低7-2=5價，碳元素化合價升高4-0=4價，化合價升高數(shù)=化合價降低數(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，二氧化碳前是5，硫酸錳前是4，硫酸鉀前面是2，根據(jù)硫酸跟守恒，所以硫酸前面是6，據(jù)氧原子和氫原子守恒，6個水分子前面是6，
故答案為：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①實驗2條件下平衡常數(shù)，需要列式計算平衡濃度；
H₂O（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=

c(CO2)c(H2)

c(H2O)c(CO)

=

0.2×0.2

0.3×0.8

=

1

6

≈0.17，
故答案為：0.17；
②由①900℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.17，實驗4，在900℃時，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol，則此時濃度商Qc=

1×1

1×1

=1，大于平衡常數(shù)0.17，故反應(yīng)向逆反應(yīng)進行，所以V_正＜V_逆，
故答案為：＜；
③實驗1中CO的轉(zhuǎn)化率為

1.6mol

4mol

×100%=40%，實驗2中CO的轉(zhuǎn)化率為

0.4mol

2mol

×100%=20%，則實驗1的轉(zhuǎn)化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)放熱，△H＜0，
故答案為：＜；
（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：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；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；
（4）①2CO（g）=2C（s）+O₂（g），該反應(yīng)是焓增、熵減的反應(yīng)，根據(jù)G=△H-T?△S，G＞0，任何溫度下不能自發(fā)進行，
故答案為：根據(jù)G=△H-T?△S，G＞0，不能實現(xiàn)；
②汽車尾氣系統(tǒng)中裝置反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO+2NO

催化劑  .

2CO₂+N₂，
故答案為：2NO+2CO

催化劑  .

N₂+CO₂ ；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為1×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×1×10^-4mol/L=5×10^-5mol/L，根據(jù)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溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×5.6×10^-5mol/L=1.12×10^-4mol/L，
故答案為：1.12×10^-4mo1/L．

點評：本題考查了氧化還原反應(yīng)，平衡常數(shù)計算應(yīng)用，蓋斯定律的計算應(yīng)用自由能的應(yīng)用等，同時考查學(xué)生對知識點掌握及綜合運用能力，易錯點是（5）題，題目難度中等，注意相關(guān)知識的積累．