Question

欧盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排税以应对冰川融化和全球变暖，使得对如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用碳资源的研究显得更加紧迫。请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。

（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）焦炭可用于制取水煤气。测得12 g碳与水蒸气完全反应生成水煤气时，吸收了131.6 kJ热量。该反应的热化学方程式为                。

（3）工业上在恒容密闭容器中用下列反应合成甲醇：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g) △H＝akJ/mol

下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①判断反应达到平衡状态的依据是            。

A．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等

B．混合气体的平均相对分子质量不变

C．混合气体的密度不变

D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化

②借助上表数据判断，要同时提高CO的转化率和反应的速率，可采取的措施是          。

A．升温    B．充入H₂      C．分离出甲醇    D．加入催化剂

③某温度下，将2 mol CO和一定量的H₂充入2 L的密闭容器中，充分反应10min后，达到平衡时测得cmol／L，则以H₂表示的反应速率v(H₂)=            。

（4）CO还可以用做燃料电池的燃料，某熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，该电池用 Li₂CO₃ 和Na₂CO₃ 的熔融盐混合物作电解质， CO为负极燃气，空气与CO₂的混和气为正极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，其正极反应式: O₂ + 2CO₂+4e^-＝2CO₃^2- ，则 负极反应式:___       ____。

（5）向BaSO₄沉淀中加入饱和碳酸钠溶液，充分搅拌，弃去上层清液，如此处理多次，可使BaSO₄全部转化为BaCO₃，发生反应：BaSO₄(s)+CO₃^2－(aq) BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)。已知某温度下该反应的平衡常数K=4.0×10^－2，BaSO₄的Ksp=1.0×10^-10，则 BaCO₃的溶度积Ksp=           。

Answer

（1）5、4、6、5、4、2、6

（2）C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH=＋131.6 kJ•mol—1

（3）①BD②B③ 0.16 mol /(L·min)

（4）2CO+2CO32--4e-=4CO2 （5）2.5×10-9

【解析】

试题分析：（1）反应中C元素的化合价由0升高为+4价，一个碳原子化合价变化4，Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，1个高锰酸钾化合价变化5，4和5的最小公倍数为20，由化合价升降总数相等可知，C的化学计量数为4，高锰酸钾的化学计量数为4，最后由质量守恒定律可知得化学反应为5C+4 KMnO4+6H2SO4＝5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O；

（2）12g碳的物质的量为1mol，与水蒸气完全反应生成CO、H2，吸收131.6kJ热量，该反应的热化学方程式为C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) ΔH=＋131.6 kJ•mol—；

（3）①A．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等均表示正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，A错误；B．混合气体的质量不变，物质的量减小，所以混合气体的平均相对分子质量不变可以说明反应达到平衡状态，B正确；C．混合气体的质量不变，容积不变，则混合气体的密度始终不变，C错误；D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化说明反应达到平衡状态，D正确，答案选BD。

②根据表中数据可知随着温度的升高，平衡常数减小，这说明正反应是放热反应。又因为正反应是体积减小的可逆反应，则要同时提高CO的转化率和反应的速率，可采取的措施是充入氢气，B正确；升高温度平衡向逆反应方向进行，分离出甲醇，反应速率减小，加入催化剂不能改变平衡状态，答案选B。

③某温度下，将2 mol CO和一定量的H2充入2 L的密闭容器中，充分反应10min后，达到平衡时测得cmol/L，则CO浓度变化了1mol/L－0.2mol/L＝0.8mol，所以根据方程式可知氢气浓度变化了1.6mol/L，则以H2表示的反应速率v(H2)＝1.6mol/L÷10min＝0.16 mol /(L·min)。

（4）负极CO失去电子，结合碳酸根生成二氧化碳，则负极电极反应式为2CO + 2CO32- -4e-=4CO2 。

（5）根据方程式可知该反应的平衡常数K＝＝＝＝4.0×10－2，所以BaCO3的溶度积Ksp＝2.5×10-9。

考点：考查氧化还原反应方程式的配平；热化学方程式；水解与电离；化学平衡的计算；化学平衡的影响因素；化学电源新型电池以及溶解平衡等