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)利用碳資源的研究顯得更加緊迫。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�？捎萌缦卵趸�法提純，請(qǐng)完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式：

___ C+ ___ KMnO4+ ____ H2SO4→____CO2↑+ ____MnSO4+ ____K2SO4+ ____H2O

（2）焦炭可用于制取水煤氣。測得12 g碳與水蒸氣完全反應(yīng)生成水煤氣時(shí)，吸收了131.6 kJ熱量。該反應(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 。

下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是_____________。

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cmol／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

混合氣為正極助燃?xì)猓�制得�?50 ℃下工作的燃料電池，其正極反應(yīng)式:

O2+ 2CO2+4e－＝2CO32－，則負(fù)極反應(yīng)式:______________________________________。

（5）向BaSO4沉淀中加入飽和碳酸鈉溶液，充分?jǐn)嚢瑁瑮壢ド蠈忧逡�，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)。已知某溫度下該反應(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】 5 4 6 5 4 2 6 C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) ΔH=＋131.6 kJmol－1 BD 0.16 mol /(L·min) 2CO + 2CO32－－4e－=4CO2 2.5×10－9

【解析】(1)反應(yīng)中C元素的化合價(jià)由0升高為+4價(jià)，Mn元素的化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移20e-，由電子守恒和質(zhì)量守恒定律可知得化學(xué)反應(yīng)為5C+4KMnO4+6HSO4=5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O；
(2)12g碳的物質(zhì)的量為1mol，與水蒸氣反應(yīng)生成CO、H2，吸收131.6kJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=+131.6kJmol-1；
(3)①A．無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，生成CH3OH的速率與消耗CO的速率始終相等，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故錯(cuò)誤；B．反應(yīng)前后，混合氣體的物質(zhì)的量改變，氣體的質(zhì)量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，混合氣體的相對(duì)平均分子質(zhì)量不變，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故正確；C．混合物的質(zhì)量始終不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故錯(cuò)誤；D．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故正確；故選BD；
②△c(H2)=2△c(CO)=2×(-0.2mol/L)=1.6mol/L，由v(H2)===0.16mol/(Lmin)；
(4)燃料電池中，通入CO的一極為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2CO-4e-+2CO32-=4CO2，通入氧氣和CO2的混合氣體一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2+4e-+2CO2=2CO32-；原電池電極反應(yīng)，正極上的電極反應(yīng)式為O2+4e-+2CO2=2CO32-；負(fù)極上的電極反應(yīng)式為2CO-4e-+2CO32-=4CO2；
(5)反應(yīng)：BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，K=4.0×10-2==×==，Ksp(BaCO3)=2.5×10-9。