Question

(16+2分)目前低碳經(jīng)濟(jì)已成為科學(xué)家研究的主要課題之一,如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2，引起全世界的關(guān)注：

（1）用電弧法合成的儲氫材料常伴有大量的碳納米顆粒（雜質(zhì)），這些雜質(zhì)顆粒通常用硫酸酸化的錳酸鉀氧化除去，在反應(yīng)中，雜質(zhì)碳被氧化為無污染氣體而除去，Mn元素轉(zhuǎn)變?yōu)镸n2+，請寫出對應(yīng)的化學(xué)方程式并配平： ；

（2）將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入到體積為2 L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下兩組數(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
H2O	CO	H2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3

①實(shí)驗(yàn)2條件下的H2O 體積分?jǐn)?shù)為 ；

②下列方法中可以證明上述已達(dá)平衡狀態(tài)的是 ；

a.單位時(shí)間內(nèi)生成n mol H2的同時(shí)生成n mol CO

b.容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化

c.混合氣體密度不再變化

d.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化

e.CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化

③已知碳的氣化反應(yīng)在不同溫度下平衡常數(shù)的對數(shù)值（lgK）如下表:

氣化反應(yīng)式	lgK
700K	900K	1200K
C（s）+H2O（g）＝CO（g）+H2（g）	-2.64	-0.39	1.58
C（s）+2H2O（g）＝CO2（g）+2H2（g）	-1.67	-0.03	1.44

則反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在900K時(shí)，該反應(yīng)平衡常數(shù)的對數(shù)值（lgK）＝ _。

（3）在高溫下一氧化碳可將二氧化硫還原為單質(zhì)硫。已知：

C(s)＋O2(g)＝CO2(g) △ H 1＝－393.5kJ·mol－1

CO2(g)＋C(s) ＝2CO(g) △ H 2＝＋172.5kJ·mol－1

S(s)＋O2(g) ＝SO2(g) △ H 3＝－296.0kJ·mol－1

請寫出CO除SO2的熱化學(xué)方程式 。

（4）25℃時(shí)，在20 mL0.1 mol/L醋酸中加入V mL0.1 mol/LNaOH溶液，測得混合溶液的pH變化曲線如圖所示，

下列說法正確的是________。

A．pH＝3的CH3COOH溶液和pH＝11的CH3COONa溶液中，由水電離出的c(OH—)相等

B．①點(diǎn)時(shí)pH＝6，此時(shí)溶液中，c(CH3COO—)－c(Na+)＝9.9×10-7mol/L

C．②點(diǎn)時(shí)，溶液中的c(CH3COO—)＝c(Na+)

D．③點(diǎn)時(shí)V＝20mL，此時(shí)溶液中c(CH3COO—)< c(Na+)＝0.1mol/L

（5）下圖是一種新型燃料電池,它以CO為燃料，一定比例的Li2CO3和Na2CO3熔融混合物為電解質(zhì)，圖2是粗銅精煉的裝置圖，現(xiàn)用燃料電池為電源進(jìn)行粗銅的精煉實(shí)驗(yàn)�；卮鹣铝袉栴}：

①寫出A極發(fā)生的電極反應(yīng)式 ；

②要用燃料電池為電源進(jìn)行粗銅的精煉實(shí)驗(yàn)，則B極應(yīng)該與 極（填“C”或“D”）相連。

Answer 1

（1）C+K2MnO4+2H2SO4＝CO2↑+MnSO4+K2SO4+2H2O （2） 20﹪ ae 0.36

（3）2CO(g)＋SO2(g)＝S(s)＋2CO2(g) △H＝－270kJ·mol－1

（4）BC (5)CO－2e－＋CO32－＝2CO2 D

【解析】

試題分析：（1）在反應(yīng)中，雜質(zhì)碳被氧化為無污染氣體而除去，則該氣體是CO2，Mn元素轉(zhuǎn)變?yōu)镸n2+，因此反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+K2MnO4+2H2SO4＝CO2↑+MnSO4+K2SO4+2H2O；

（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量是0.4mol，則根據(jù)方程式可知消耗水蒸氣的物質(zhì)的量是0.4mol，剩余水蒸氣的物質(zhì)的量是0.6mol。反應(yīng)前后體積不變，所以實(shí)驗(yàn)2條件下的H2O 體積分?jǐn)?shù)為×100%＝20%；

②在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。則a .單位時(shí)間內(nèi)生成n mol H2的同時(shí)生成n mol CO反應(yīng)速率的方向相反，且滿足速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；b. 反應(yīng)前后體積不變，壓強(qiáng)始終不變，因此容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；c. 密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，因此密度始終不變，所以混合氣體密度不再變化不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；d.混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和物質(zhì)的量均是不變，所以相對分子質(zhì)量始終不變，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；e. CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，答案選ae。

③根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知反應(yīng)C（s）+2H2O（g）＝CO2（g）+2H2（g）減去C（s）+H2O（g）＝CO（g）+H2（g）即得方程式CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，該反應(yīng)平衡常數(shù)的對數(shù)值（lgK）＝－0.03－（－0.39）＝0.36；

（3）已知① C(s)＋O2(g)＝CO2(g) △H1＝－393.5kJ/mol，② CO2(g)＋C(s)＝2CO(g) △H2＝＋172.5kJ/mol，③ S(s)＋O2(g) ＝SO2(g) △H3＝－296.0kJ/mol，則根據(jù)蓋斯定律可知①－②－③即得到2CO(g)＋SO2(g)＝S(s)＋2CO2(g) △H＝－270kJ/mol。

（4）A、醋酸抑制水的電離，而醋酸鈉水解促進(jìn)水的電離，因此pH＝3的CH3COOH溶液和pH＝11的CH3COONa溶液中，由水電離出的c(OH—)不相等，A錯誤；B、①點(diǎn)時(shí)pH＝6，根據(jù)電荷守恒c(CH3COO—)＋ c(OH—)＝c(H＋)＋c(Na+)可知此時(shí)溶液中c(CH3COO—)－c(Na+)＝c(H＋)－c(OH—)＝10－6mol/L－10－8mol/L＝9.9×10-7mol/L，B正確；C、②點(diǎn)時(shí)pH＝7，溶液顯中性，則根據(jù)電荷守恒c(CH3COO—)＋ c(OH—)＝c(H＋)＋c(Na+)可知溶液中的c(CH3COO—)＝c(Na+)，C正確；D、③點(diǎn)時(shí)V＝20mL，二者恰好反應(yīng)生成醋酸鈉，溶液顯進(jìn)行，因此溶液中c(CH3COO—)<c(Na+)＝0.05mol/L，D錯誤，答案選BC。

（5）①A電極通入的是CO，屬于負(fù)極。由于電解質(zhì)是以Li2CO3和Na2CO3熔融的混合物，所以碳酸根離子向負(fù)極移動，則負(fù)極反應(yīng)式為CO－2e－＋CO32－＝2CO2；

②粗銅精煉時(shí)粗銅與電源的正極相連作陽極，純銅與電源的負(fù)極相連作陰極，所以B極應(yīng)該與D電極相連。

考點(diǎn)：考查氧化還原反應(yīng)方程式、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷、蓋斯定律由于、酸堿中和反應(yīng)以及電化學(xué)原理的應(yīng)用