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12g 碳与水蒸气完全反应生成水煤气时，吸收了131.6kJ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

如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某温度下，将2mol CO和一定量的H₂充入2L的密闭容器中，充分反应10min后，达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/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）①BD ②0.16 mol /(L·min) (2分)

（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，Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，该反应中转移20e-，由电子守恒和质量守恒定律可知得化学反应为

5C+4KMnO4+6HSO4=5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O；

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

（3）①A．无论反应是否达到平衡状态，生成CH3OH的速率与消耗CO的速率始终相等，所以不能作为判断平衡状态的依据，故错误；B． 反应前后，混合气体的物质的量改变，气体的质量不变，反应达到平衡状态时，混合气体的相对平均分子质量不变，所以能作为判断平衡状态的依据，故正确；C．混合物的质量始终不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，所以不能作为判断平衡状态的依据，故错误；D．反应达到平衡状态时，CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，所以能作为判断平衡状态的依据，故正确；故选BD；

②利用三段式计算，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始(mol) 2 0

转化(mol) 1.6 1.6

平衡(mol) 0.2×2=0.4 1.6

v(CH3OH)=mol/(L•min)=0.08mol/(L•min)，所以v(H2)=0.08mol/(L•min)×2=0.16 mol/(L•min)；

（4）负极发生氧化反应，电极反应式为：2CO+2CO32--4e-═4CO2；

（5）反应：BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，

K=4.0×10-2==，Ksp(BaCO3)=2.5×10-9。

考点：考查化学平衡的影响因素、氧化还原反应及电化学原理、化学平衡状态的判断等。