Question

【題目】“低碳循環”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利用CO2，引起了全世界的普遍重視。所以“低碳經濟”正成為科學家研究的主要課題。

(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），這種顆粒可用如下氧化法提純，請完成該反應的化學方程式：

___ C+ ___ KMnO4+ H2SO4 ＝ ____CO2↑+ ____MnSO4 + ____K2SO4+

(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，進行反應CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下二組數據：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①實驗1中以CO2表示的化學反應速率為__________（保留小數點后二位數，下同）。

②實驗2條件下平衡常數K=_________，該反應為 _____（填“吸”或“放”）熱反應。

(3)已知在常溫常壓下：

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

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

③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH ＝ －44.0 kJ／mol

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態水的熱化學方程式：_____________。

(4)某實驗小組依據甲醇燃燒的反應原理，設計如圖所示的電池裝置。

①該電池負極的電極反應為：_______________。

②該電池工作時，溶液中的OH－向______極移動。

Answer 1

【答案】 5 C + 4KMnO4 + 6 H2SO4 ＝ 5CO2↑+ 4MnSO4 + 2K2SO4+ 6H2O 0.13mol/(L·min) 0.17 放 CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（g）ΔH=-354.8KJ/mol CH3OH+8OH— —6e-=CO32-+6 H2O 負

【解析】(1)由反應方程式可知，C元素從0價升高為+4價，Mn元素從+7價降低為+2價，所以最小公倍數為20，則配平后的方程式為 5 C + 4KMnO4 + 6 H2SO4 ＝ 5CO2↑+ 4MnSO4 + 2K2SO4+ 6H2O；

(2)①由表中實驗1的數據，結合反應方程式可知，n(CO2)起始=0，平衡時n(CO2)平衡=n(H2)平衡=1.6mol，則以CO2表示的化學反應速率為== 1.3(L·min)；②實驗2中各物質的平衡濃度為c(CO2)平衡=c(H2)平衡=0.2mol/L，c(CO)平衡=0.8mol/L，c(H2O)平衡=0.3mol/L，則K2= = = 0.17；同理求出實驗1的K1 = 2.7，可見，當溫度升高時，平衡常數K值減小，即平衡向左移動，則該反應為放熱反應；

(3)根據要求甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和水的化學方程式為CH3OH＋O2＝CO +2H2O，根據蓋斯定律(①—②)/2 可得CH3OH(l)＋O2(g)＝CO(g) +2H2O(g) ΔH=-354.8KJ/mol；

(4)該裝置的原理實質就是甲醇在堿性條件下的燃燒，反應的離子方程式為2CH3OH＋3O2＋4OH－ 2CO32－＋6H2O，所以通氧氣的一極為正極，其電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，則甲醇在負極反應，其電極反應式為CH3OH+8OH— —6e-=CO32-+6 H2O；根據原電池工作原理，在電解質溶液中，陰離子向負極移動，所以溶液中的OH－向負極即甲醇的一極移動。