Question

【題目】“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：

___ C+ ___ KMnO4+ H2SO4 ＝ ____CO2↑+ ____MnSO4 + ____K2SO4+

(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CO2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為__________（保留小數(shù)點(diǎn)后二位數(shù)，下同）。

②實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)K=_________，該反應(yīng)為 _____（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)。

(3)已知在常溫常壓下：

① 2CH3OH(l)＋3O2(g) ＝ 2CO2(g)＋4H2O(g) ΔH ＝ －1275.6 kJ／mol

② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH ＝ －566.0 kJ／mol

③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH ＝ －44.0 kJ／mol

寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：_____________。

(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)如圖所示的電池裝置。

①該電池負(fù)極的電極反應(yīng)為：_______________。

②該電池工作時(shí)，溶液中的OH－向______極移動(dòng)。

Answer 1

【答案】 5 C + 4KMnO4 + 6 H2SO4 ＝ 5CO2↑+ 4MnSO4 + 2K2SO4+ 6H2O 0.13mol/(L·min) 0.17 放 CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（g）ΔH=-354.8KJ/mol CH3OH+8OH— —6e-=CO32-+6 H2O 負(fù)

【解析】(1)由反應(yīng)方程式可知，C元素從0價(jià)升高為+4價(jià)，Mn元素從+7價(jià)降低為+2價(jià)，所以最小公倍數(shù)為20，則配平后的方程式為 5 C + 4KMnO4 + 6 H2SO4 ＝ 5CO2↑+ 4MnSO4 + 2K2SO4+ 6H2O；

(2)①由表中實(shí)驗(yàn)1的數(shù)據(jù)，結(jié)合反應(yīng)方程式可知，n(CO2)起始=0，平衡時(shí)n(CO2)平衡=n(H2)平衡=1.6mol，則以CO2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為== 1.3(L·min)；②實(shí)驗(yàn)2中各物質(zhì)的平衡濃度為c(CO2)平衡=c(H2)平衡=0.2mol/L，c(CO)平衡=0.8mol/L，c(H2O)平衡=0.3mol/L，則K2= = = 0.17；同理求出實(shí)驗(yàn)1的K1 = 2.7，可見(jiàn)，當(dāng)溫度升高時(shí)，平衡常數(shù)K值減小，即平衡向左移動(dòng)，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

(3)根據(jù)要求甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和水的化學(xué)方程式為CH3OH＋O2＝CO +2H2O，根據(jù)蓋斯定律(①—②)/2 可得CH3OH(l)＋O2(g)＝CO(g) +2H2O(g) ΔH=-354.8KJ/mol；

(4)該裝置的原理實(shí)質(zhì)就是甲醇在堿性條件下的燃燒，反應(yīng)的離子方程式為2CH3OH＋3O2＋4OH－ 2CO32－＋6H2O，所以通氧氣的一極為正極，其電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，則甲醇在負(fù)極反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為CH3OH+8OH— —6e-=CO32-+6 H2O；根據(jù)原電池工作原理，在電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以溶液中的OH－向負(fù)極即甲醇的一極移動(dòng)。