Question

“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�？捎萌缦卵趸�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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)1條件下平衡常數(shù)K=

 

（取小數(shù)二位，下同）．
②實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a/b 的值

 

（填具體值或取值范圍）．
③實(shí)驗(yàn)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）為最近有科學(xué)家提出構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使之變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．該�?gòu)想技術(shù)流程如下：

向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是

 

（5）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

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計算,氧化還原反應(yīng)方程式的配平,熱化學(xué)方程式,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電離平衡與溶液的pH專題

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；
（2）①平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值，平衡常數(shù)k=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

，
根據(jù)三段式求出各組分的物質(zhì)的量的變化量，平衡時各組分的物質(zhì)的量，由于各物質(zhì)的系數(shù)為1，所以可用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)計算；
②由于CO與H₂的化學(xué)計量數(shù)相等都為1，所以當(dāng)兩者物質(zhì)的量相等時二者轉(zhuǎn)化率相等．要使CO轉(zhuǎn)化率大于H₂的轉(zhuǎn)化率，則增大H₂的物質(zhì)的量；
③對同一反應(yīng)溫度相同，平衡常數(shù)相同．根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)2計算900℃時平衡常數(shù)，再計算實(shí)驗(yàn)3濃度商，與平衡常數(shù)相比判斷平衡移動，據(jù)此解答；
（3）根據(jù)蓋斯定律解答；
（4）空氣在二氧化碳再吸收池中轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀，合成塔內(nèi)為氫氣與二氧化碳反應(yīng)合成甲醇，所以分解池應(yīng)提供二氧化碳；
（5）根據(jù)Ksp（CaCO₃）=c（CO₃^2-）×c（Ca²⁺）計算．

解答： 解：（1）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，故答案為：5；4；6；5；4；2；6；
（2）①對于反應(yīng) CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：4         2             0        0
變化（mol）  4-2.4=1.6   1.6           1.6      1.6
平衡（mol）：2.4    2-1.6=0.4        1.6      1.6
所以650℃平衡常數(shù)平衡常數(shù)k=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

1.6×1.6

2.4×0.4

=2.67，
故答案為：2.67；
②由于CO與H₂的化學(xué)計量數(shù)相等都為1，所以當(dāng)兩者物質(zhì)的量相等時二者轉(zhuǎn)化率相等．要使CO轉(zhuǎn)化率大于H₂的轉(zhuǎn)化率，則增大H₂的物質(zhì)的量，即a/b 的值小于1，
故答案為：小于1；
③對同一反應(yīng)溫度相同，平衡常數(shù)相同．根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)2計算900℃時平衡常數(shù)，
   對于反應(yīng)   CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2           1           0        0
變化（mol）：2-1.6=0.4    0.4         0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    1-0.4=0.6       0.4      0.4
900℃時平衡常數(shù)k=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.4×0.4

1.6×0.6

=

1

6

，
實(shí)驗(yàn)3的濃度商為Qc=

5×2

10×5

=

1

5

，大于平衡常數(shù)，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，所以V_正＜V_逆，
故答案為：＜；
（3）已知熱化學(xué)方程式：
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，
根據(jù)蓋斯定律①-②+③×4，得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-885.6 kJ∕mol，
即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
（4）空氣在二氧化碳再吸收池中轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀，合成塔內(nèi)為氫氣與二氧化碳反應(yīng)合成甲醇，所以分解池應(yīng)提供二氧化碳．向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解，故答案為：提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后濃度為1×10^-4mol/L，
由Ksp（CaCO₃）=c（CO₃^2-）×c（Ca²⁺）可知，混合后c（Ca²⁺）=

Ksp(CaCO3)

c( CO 2- 3 )

=

2.8×10-9

1×10-4

=2.8×10^-5mol/L，
所以所需CaCl₂溶液的最小濃度為2.8×10^-5mol/L×2=5.6×10^-5mol/L，
故答案為：5.6×10^-5mol/L．

點(diǎn)評：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡、反應(yīng)熱、以及難溶電解質(zhì)的溶解平衡等問題，題目難度較大，學(xué)習(xí)中注意相關(guān)解答方法的積累．