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：(将配平后的系数填在横线上)

__ C+ __ KMnO₄+ ___ H₂SO₄→___CO₂↑+ ___MnSO₄ + ___K₂SO₄+ ___H₂O 

当反应中有2．408×10²⁴个电子发生转移时，还原剂的质量为             

（2）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）＋H₂O（g）CO₂（g）＋H₂（g），得到如下两组数据：

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	x	2．0	1．6	2．4	6
2	900	2．0	1．0	0．4	1．6	3

①实验1中以v(CO₂）表示的反应速率为           (要求2位有效数字，下同)；实验2达到平衡时CO的体积分数为              。

②若反应的平衡常数大，处理CO的效率高，则增大该反应平衡常数的措施有          。

③900℃时，该密闭容器中，加入4 molCO，3 mol H₂O ，4mol CO₂和2．4mol H₂，比较此时正、逆反应速率的大小：v_正 ______ v_逆 （填“＞”、“＜”或“＝”)。

④一定条件下上述反应在某体积固定的密闭容器中进行，能说明该反应已经达到平衡状态的有     。 

A．容器中气体的平均分子量不随时间而变化   

B．消耗1molH₂的同时消耗1molCO

C．容器中气体的密度不随时间而变化         

D．CO₂的体积分数不随时间而变化    

（3）汽车尾气的排放对空气造成污染。目前采用的是在汽车排气装置中安装一个净化器，可以有效将尾气中的有害气体转化。如：

① CO (g)+NO₂(g) ＝CO₂(g) + NO (g)   ΔH ＝－a kJ／mol   (a＞0)

②  2CO (g)+2NO(g) ＝2CO₂(g) )+ N₂ (g)   ΔH ＝－b kJ／mol  (b＞0)

若用标准状况下3．36LCO还原NO₂至N₂(CO完全反应)时放出的热量为        kJ(用含a和b的代数式表示，下同)；并写出该反应的热化学方程式                                 。

Answer

（1）5、4、6、5、4、2、6 （2分）； 12g （2分）

（2）① 0．13 mol·L-l· min-l（2分）； 0． 53（2分）

② 降低温度（2分） ③ ＜（2分） ④ B D（2分）

（3） 3(2a+b)/80（2分） ；

4CO (g)+2NO2(g) ＝4CO2(g) )+ N2 (g) ΔH＝-(2a+b) kJ／mol （2分）

【解析】

试题分析：（1）根据化合价升降法配平该反应，高锰酸钾中锰元素化合价降低5价，碳元素化合价升高4价，化合价升高数等于化合价降低数，所以高锰酸钾前的系数是4，碳单质前的系数是5，根据原子守恒，配平其他物质的系数，配平如下：5 C+ 4 KMnO4+ 6 H2SO4 ═ 5CO2↑ + 4MnSO4 + 2 K2SO4+ 6 H2O，该反应转移电子数是20，当反应中有2．408×1024个电子发生转移时，还原剂碳的质量设为m，则，解得m=12 g 。

（2）①实验1中达到平衡时生成CO2的物质的量等于H2的物质的量为1．6mol，所以v(CO2)==0．13 mol·L-l· min-l，

实验2达到平衡时CO的体积分数计算可根据三段法如下：

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

起始量/mol 2．0 1．0 0 0

转化量/mol 0．4 0．4 0．4 0．4

平衡量/mol 1．6 0．6 0．4 0．4

实验2达到平衡时CO的体积分数为=0．53；

②根据三段法求出不同温度下的平衡常数，K(650℃)= ，K(900℃)= ，升高温度平衡常数减小，可知降低温度平衡正向移动，又改变压强对该反应平衡无影响，所以增大该反应平衡常数的措施只能是降低温度使平衡正向移动；

③该条件下的浓度积Qc==0．8＞K(900℃)，平衡向逆反应方向移动，则v正 ＜v逆；

④A、该反应为等体反应，反应前后总物质的量不变，气体质量守恒，所以气体的平均分子量不随时间而变化，错误；B、消耗1 mol H2的同时消耗1 mol CO，体现了正逆反应速率相等，正确；C、固定体积的密闭容器，质量不变，体积不变，所以密度也不改变，错误；D、CO2的体积分数不随时间而变化，正确；

（3）根据盖斯定律，①+②2得到：ΔH=-(2a+b)kJ/mol ，3．36 L CO还原NO2至N2时放出的热量为。

考点：氧化还原反应的配平和计算，化学反应速率计算，平衡状态标志的判断，化学平衡的计算，盖斯定律的计算。