Question

【題目】歐盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排稅以應對冰川融化和全球變暖，使得對如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發利用碳資源顯得更加緊迫。請運用化學反應原理的相關知識研究碳及其化合物的性質。

（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+____＿H2O

（2）焦炭可用于制取水煤氣，測得12g碳與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了131.6kJ熱量。

反應的熱化學方程式為_________________。

（3）工業上在恒容密閉容器中用下列反應合成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H=akJ/mol 如表所列數據是反應在不同溫度下的化學平衡常數(K)。

① 判斷反應達到平衡狀態的依據是___________。(填序號）

A．生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等

B．混合氣體的平均相對分子質量不變

C．混合氣體的密度不變

D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發生變化

②某溫度下，將2molCO和一定量的H2充入2L的密閉容器中，充分反應l0min后，達到平衡時測得c(CO)=0.2 mol/L，則以H2表示的反應速率v(H2)=________。

（4）CO還可以用做燃料電池的燃料，某熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，因而受到重視，該電池用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混和氣為正極助燃氣，制得在650℃下的燃料電池，其正極反應式：O2+2CO2+4e-=2CO32-，則負極反應式為___________________。

（5）向BaSO4沉淀中加入飽和碳酸鈉溶液，充分攪拌，棄去上層淸液，如此處理多次，可使BaSO4 全部轉化為BaCO3發生反應：BaSO4(s) + CO32-(aq)=BaCO3(s) +SO42-(aq)。己知某溫度下該 反應的平衡常數 K=4.0×10-2，BaSO4的Ksp=1.0×10-10，則 BaCO3的溶度積 Ksp=______。

Answer 1

【答案】（1）5、4、6、5、4、2、6(2分)

（2）C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=+131.6kJ·mol-1(2分)

（3）①BD(2分)②0.16mol/(L·min)(2分)

（4）2CO+2CO32--4e-=4CO2(2分)（5)2.5×10-9(2分)

【解析】

試題分析：（1）反應中C元素的化合價由0升高為+4價，一個碳原子化合價變化4，Mn元素的化合價由+7價降低為+2價，1個高錳酸鉀化合價變化5，4和5的最小公倍數為20，由化合價升降總數相等可知，C的化學計量數為4，高錳酸鉀的化學計量數為4，最后由質量守恒定律可知得化學反應為5C+4 KMnO4+6H2SO4＝5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O；

（2）12g碳的物質的量為1mol，與水蒸氣完全反應生成CO、H2，吸收131.6kJ熱量，該反應的熱化學方程式為C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) ΔH=＋131.6 kJmol—；

（3）①A．生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等均表示正反應速率，不能說明反應達到平衡狀態，A錯誤；B．混合氣體的質量不變，物質的量減小，所以混合氣體的平均相對分子質量不變可以說明反應達到平衡狀態，B正確；C．混合氣體的質量不變，容積不變，則混合氣體的密度始終不變，C錯誤；D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發生變化說明反應達到平衡狀態，D正確，答案選BD。

②某溫度下，將2 mol CO和一定量的H2充入2 L的密閉容器中，充分反應10min后，達到平衡時測得c(CO)＝0.2mol/L，則CO濃度變化了1mol/L－0.2mol/L＝0.8mol，所以根據方程式可知氫氣濃度變化了1.6mol/L，則以H2表示的反應速率v(H2)＝1.6mol/L÷10min＝0.16 mol /(L·min)。

（4）負極CO失去電子，結合碳酸根生成二氧化碳，則負極電極反應式為2CO + 2CO32- -4e-＝4CO2。

（5）根據方程式可知該反應的平衡常數K＝＝＝＝4.0×10－2，所以BaCO3的溶度積Ksp＝2.5×10-9。