Question

 “低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。

（1）用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式，并在方框内填上系数。

□C+□KMnO₄+□H₂SO₄ =□CO₂↑+□MnSO₄ +□K₂SO₄+□        

（2）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）＋H₂O（g）CO₂（g）＋H₂（g），得到如下二组数据：

实验组	温度℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1．6	2．4	6
2	900	2	1	0．4	1．6	3

①实验1条件下，反应从开始至达到平衡，以v(CO₂)表示的平均反应速率为           （保留小数点后二位数，下同）。

②实验2条件下平衡常数K=____  _____，该反应为          （填“吸热”或“放热”）反应。

（3）已知在常温常压下：

① 2CH₃OH(l) +3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(g)   ΔH₁ ＝－1275.6 kJ／mol

② 2CO (g)+ O₂(g)＝2CO₂(g)   ΔH₂ ＝－566.0 kJ／mol 

③ H₂O(g)＝H₂O(l)   ΔH₃ ＝－44.0 kJ／mol

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式：                                      。

（4）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置。

①该电池正极的电极反应式为：                        ；

②该电池工作时，溶液中的OH^－向______（填“正”或“负”）极移动。

Answer

（16分）

（1）5 C+4KMnO4 +6 H2SO4=5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O（3分，物质1分，配平2分）

（2）①0.13mol/(L·min) (2分)   ②0.17（2分）； 放热（2分）

（3）2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(g)   ΔH=—709.6kJ/mol或CH3OH（l）+O2（g）= CO（g）+2H2O（g）ΔH=—354.8kJ/mol（3分）

（4）①O2  + 4e－+ 2 H2O = 4OH－（2分） ②负（2分）

【解析】

试题分析：（1）观察化学方程式，先找变价元素，再根据化合价变化，用最小公倍数法先配氧化剂和还原剂的系数，最后用观察法配平各物质的系数；碳元素由0价升为+4价，锰元素由+7价降为+2价，二者升降数分别为4、5，则最小公倍数为20，所以该反应为5C+4KMnO4 +6H2SO4=5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O；（2）①读表中信息，先由定义式求v(CO)，再由系数比求v(CO2)，即v(CO)==== 0.13mol/(L·min)（保留两位有效数字），由于=，则v(CO2)=v(CO)=0.13mol/(L·min)；②表中实验2有关组分的起始物质的量、平衡物质的量已知，容器体积为2L，由于c=n/V，则：

                       CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始浓度（mol/L）       1    0.5           0     0

变化浓度（mol/L）      0.2    0.2          0.2    0.2

平衡浓度（mol/L）      0.8    0.3          0.2    0.2

K===0.17

若用表中实验1有关组分的起始物质的量、平衡物质的量已知，容器体积为2L，由于c=n/V，则：

                       CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始浓度（mol/L）       2     1           0     0

变化浓度（mol/L）      0.8    0.8          0.8    0.8

平衡浓度（mol/L）      1.2    0.2          0.8    0.8

K`===2.67

650℃→900℃，升高温度，平衡向吸热反应方向移动；平衡常数由2.67减少为0.17，说明平衡向逆反应方向移动，则逆反应是吸热反应，所以正反应是放热反应；

（3）观察3个热化学方程式，发现①—②可以约去2CO2(g)，根据盖斯定律，则2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(g)   ΔH=—709.6kJ/mol，若系数减半，则CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g)   ΔH=—354.8kJ/mol；（4）①甲烷燃料电池的正极反应物是氧气，由于KOH溶液显碱性，根据电子、电荷、原子守恒原理，则正极反应式为O2 +4e－+ H2O=4OH－；②电子带负电，电极材料本身不带电，负极流出电子带正电，因此溶液中带负电的氢氧根离子移向负极；而正极流入电子带负电，因此溶液中带正电的阳离子移向正极。

考点：考查化学反应原理，涉及氧化还原反应反应方程式的配平、平均反应速率的计算、化学平衡常数的计算与比较、温度对平衡移动的影响规律的应用、放热反应和吸热反应、盖斯定律、燃料电池的正极反应式、离子定向移动规律的应用等。