Question

【題目】“低碳循環(huán)”引起各國的高度重視，而如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(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(jìn)行反應(yīng)

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，得到如下三組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)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
3	900	a	b	c	d	t

①實驗1條件下平衡常數(shù)K=_________（取小數(shù)二位，下同）。

②實驗3中，若平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則 的值_________(填具體值或取值范圍)。

③實驗4，若900℃時，在此容器中加入10molCO，5molH2O，2molCO2，5molH2，則此時V正________V逆 (填“＜”，“＞”，“=”)

(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=-566.0kJ/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：_______________。

(4)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2×10-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為_______________。

Answer 1

【答案】（12分）

(1) 5:4:6:5:4:2:6；

(2)2.67 0＜＜1 ＜

(3)CH3OH(I)+O2(g)=CO(g)+2H2O(I) △H=-442.8kJ·mol-1

(4)5.6×10-5

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)氧化劑、還原劑得失電子數(shù)目相等配平，反應(yīng)中C元素化合價0→+4，Mn元素化合價+7→+2，反應(yīng)得失電子相等，則有：5C～4KMnO4，根據(jù)質(zhì)量守恒可確定H2SO4的計量數(shù)為6，則配平后的計量數(shù)分別是：5、4、6、5、4、2、6；

(2)① H2O（g）+CO（g）CO2（g）+H2（g）

初始濃度 1mol/L 2mol/L 0 0

轉(zhuǎn)化濃度 0.8mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l 0.8mol/l

平衡濃度 0.2mol/L 1.2mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l

所以平衡常數(shù)K＝＝2.67

②增大水蒸氣的濃度可以提高CO的轉(zhuǎn)化率，因此實驗3中，若平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關(guān)系是a＜b，故0＜＜1。

③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

則K==0.17

若在9000C時，另做一組實驗，在此容器中加入l0mol CO,5mo1 H2O,2mo1 CO2,5mol H2，則此時 ＝0.2＞0.17，這說明反應(yīng)在向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，因此υ正＜υ逆。

(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=-566.0kJ/mol

③H2O(g)=H2O(g) △H=-44.0kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)×（①-②+③×4）得到CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(I)，所以該反應(yīng)的△H=×[(-1275.6kJ/mol)-(-566.0kJ/mol)+(-44.0kJ/mol)×4]=-442.8kJ·mol-1，

即CH3OH(I)+O2(g)=CO(g)+2H2O(I) △H=-442.8kJ·mol-1。

(4)Na2CO3溶液的濃度為2×10-4mol/L，等體積混合后溶液中c(CO32-)=1/2×2×10-4mol/L=1×10-4mol/L，根據(jù)Ksp=c(CO32-)×c(Ca2+)=2.8×10-9可知，c(Ca2+)=2.8×10-5mol/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2×2.8×10-5mol/L=5.6×10-5mol/L。