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：

______ C+______ KMnO₄+______H₂SO₄→______CO₂↑+______MnSO₄+______K₂SO₄+______H₂O

(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)，得到如下三组数据：

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
3	900	a	b	c	d	t

①实验1条件下平衡常数K=_________（取小数二位，下同）。

②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则 的值_________(填具体值或取值范围)。

③实验4，若900℃时，在此容器中加入10molCO，5molH₂O，2molCO₂，5molH₂，则此时V_正________V_逆 (填“＜”，“＞”，“=”)

(3)已知在常温常压下：

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

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

(4)CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10^-9。CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为_______________。

Answer

（12分）

(1) 5:4:6:5:4:2:6；

(2)2.67 0＜＜1 ＜

(3)CH3OH(I)+O2(g)=CO(g)+2H2O(I) △H=-442.8kJ·mol-1

(4)5.6×10-5

【解析】

试题分析：（1）根据氧化还原反应氧化剂、还原剂得失电子数目相等配平，反应中C元素化合价0→+4，Mn元素化合价+7→+2，反应得失电子相等，则有：5C～4KMnO4，根据质量守恒可确定H2SO4的计量数为6，则配平后的计量数分别是：5、4、6、5、4、2、6；

(2)① H2O（g）+CO（g）CO2（g）+H2（g）

初始浓度 1mol/L 2mol/L 0 0

转化浓度 0.8mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l 0.8mol/l

平衡浓度 0.2mol/L 1.2mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l

所以平衡常数K＝＝2.67

②增大水蒸气的浓度可以提高CO的转化率，因此实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a、b必须满足的关系是a＜b，故0＜＜1。

③实验2条件下平衡常数，需要列式计算平衡浓度

H2O（g）+CO（g）CO2（g）+H2（g）

初始浓度 0.5mol/L 1mol/L 0 0

转化浓度 0.2mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l 0.2mol/l

平衡浓度 0.3mol/L 0.8mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l

则K==0.17

若在9000C时，另做一组实验，在此容器中加入l0mol CO,5mo1 H2O,2mo1 CO2,5mol H2，则此时 ＝0.2＞0.17，这说明反应在向逆反应方向进行，因此υ正＜υ逆。

(3)已知在常温常压下：

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(g) △H=-44.0kJ/mol

根据盖斯定律，将已知反应×（①-②+③×4）得到CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(I)，所以该反应的△H=×[(-1275.6kJ/mol)-(-566.0kJ/mol)+(-44.0kJ/mol)×4]=-442.8kJ·mol-1，

即CH3OH(I)+O2(g)=CO(g)+2H2O(I) △H=-442.8kJ·mol-1。

(4)Na2CO3溶液的浓度为2×10-4mol/L，等体积混合后溶液中c(CO32-)=1/2×2×10-4mol/L=1×10-4mol/L，根据Ksp=c(CO32-)×c(Ca2+)=2.8×10-9可知，c(Ca2+)=2.8×10-5mol/L,原溶液CaCl2溶液的最小浓度为混合溶液中c(Ca2+)的2倍，故原溶液CaCl2溶液的最小浓度为2×2.8×10-5mol/L=5.6×10-5mol/L。

考点：化学反应原理