Question

【題目】歐盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排稅以應(yīng)對(duì)冰川融化和全球變暖，使得對(duì)如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用碳資源顯得更加緊迫。請(qǐng)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識(shí)研究碳及其化合物的性質(zhì)。

（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↑+____＿M(jìn)nSO4+ ______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(yīng)生成水煤氣時(shí)，吸收了131.6kJ熱量。

反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_________________。

（3）工業(yè)上在恒容密閉容器中用下列反應(yīng)合成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H=akJ/mol 如表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)。

① 判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是___________。(填序號(hào)）

A．生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等

B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

C．混合氣體的密度不變

D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化

②某溫度下，將2molCO和一定量的H2充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)l0min后，達(dá)到平衡時(shí)測得c(CO)=0.2 mol/L，則以H2表示的反應(yīng)速率v(H2)=________。

（4）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(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)�，空氣與CO2的混和氣為正極助燃?xì)猓�制得�?50℃下的燃料電池，其正極反應(yīng)式：O2+2CO2+4e-=2CO32-，則負(fù)極反應(yīng)式為___________________。

（5）向BaSO4沉淀中加入飽和碳酸鈉溶液，充分?jǐn)嚢�，棄去上層淸液，如此處理多次，可使BaSO4 全部轉(zhuǎn)化為BaCO3發(fā)生反應(yīng)：BaSO4(s) + CO32-(aq)=BaCO3(s) +SO42-(aq)。己知某溫度下該 反應(yīng)的平衡常數(shù) K=4.0×10-2，BaSO4的Ksp=1.0×10-10，則 BaCO3的溶度積 Ksp=______。

Answer 1

【答案】（1）5、4、6、5、4、2、6(2分)

（2）C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=+131.6kJ·mol-1(2分)

（3）①BD(2分)②0.16mol/(L·min)(2分)

（4）2CO+2CO32--4e-=4CO2(2分)（5)2.5×10-9(2分)

【解析】

試題分析：（1）反應(yīng)中C元素的化合價(jià)由0升高為+4價(jià)，一個(gè)碳原子化合價(jià)變化4，Mn元素的化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，1個(gè)高錳酸鉀化合價(jià)變化5，4和5的最小公倍數(shù)為20，由化合價(jià)升降總數(shù)相等可知，C的化學(xué)計(jì)量數(shù)為4，高錳酸鉀的化學(xué)計(jì)量數(shù)為4，最后由質(zhì)量守恒定律可知得化學(xué)反應(yīng)為5C+4 KMnO4+6H2SO4＝5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O；

（2）12g碳的物質(zhì)的量為1mol，與水蒸氣完全反應(yīng)生成CO、H2，吸收131.6kJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) ΔH=＋131.6 kJmol—；

（3）①A．生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等均表示正反應(yīng)速率，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；B．混合氣體的質(zhì)量不變，物質(zhì)的量減小，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變可以說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；C．混合氣體的質(zhì)量不變，容積不變，則混合氣體的密度始終不變，C錯(cuò)誤；D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D正確，答案選BD。

②某溫度下，將2 mol CO和一定量的H2充入2 L的密閉容器中，充分反應(yīng)10min后，達(dá)到平衡時(shí)測得c(CO)＝0.2mol/L，則CO濃度變化了1mol/L－0.2mol/L＝0.8mol，所以根據(jù)方程式可知?dú)錃鉂舛茸兓��?/span>1.6mol/L，則以H2表示的反應(yīng)速率v(H2)＝1.6mol/L÷10min＝0.16 mol /(L·min)。

（4）負(fù)極CO失去電子，結(jié)合碳酸根生成二氧化碳，則負(fù)極電極反應(yīng)式為2CO + 2CO32- -4e-＝4CO2。

（5）根據(jù)方程式可知該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝＝4.0×10－2，所以BaCO3的溶度積Ksp＝2.5×10-9。