Question

“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，并在方框內填上系數。
□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條件下，反應從開始至達到平衡，以v(CO₂)表示的平均反應速率為          （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“吸熱”或“放熱”）反應。
（3）已知在常溫常壓下：
① 2CH₃OH(l) +3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH₁＝－1275.6 kJ／mol
② 2CO (g)+ O₂(g)＝2CO₂(g)   ΔH₂＝－566.0 kJ／mol 
③ H₂O(g)＝H₂O(l)  ΔH₃＝－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該電池正極的電極反應式為：                       ；
②該電池工作時，溶液中的OH^－向______（填“正”或“負”）極移動。

Answer 1

（16分）
（1）5 C+4KMnO₄ +6 H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O（3分，物質1分，配平2分）
（2）①0.13mol/(L·min) (2分)  ②0.17（2分）； 放熱（2分）
（3）2CH₃OH(l)+2O₂(g)=2CO(g)+4H₂O(g)  ΔH=—709.6kJ/mol或CH₃OH（l）+O₂（g）= CO（g）+2H₂O（g）ΔH=—354.8kJ/mol（3分）
（4）①O₂ + 4e^－+ 2 H₂O = 4OH^－（2分）　　　②負（2分）

解析試題分析：（1）觀察化學方程式，先找變價元素，再根據化合價變化，用最小公倍數法先配氧化劑和還原劑的系數，最后用觀察法配平各物質的系數；碳元素由0價升為+4價，錳元素由+7價降為+2價，二者升降數分別為4、5，則最小公倍數為20，所以該反應為5C+4KMnO₄ +6H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O；（2）①讀表中信息，先由定義式求v(CO)，再由系數比求v(CO₂)，即v(CO)==== 0.13mol/(L·min)（保留兩位有效數字），由于=，則v(CO₂)=v(CO)=0.13mol/(L·min)；②表中實驗2有關組分的起始物質的量、平衡物質的量已知，容器體積為2L，由于c=n/V，則：
CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)
起始濃度（mol/L）       1    0.5           0     0
變化濃度（mol/L）      0.2    0.2          0.2    0.2
平衡濃度（mol/L）      0.8    0.3          0.2    0.2
K===0.17
若用表中實驗1有關組分的起始物質的量、平衡物質的量已知，容器體積為2L，由于c=n/V，則：
CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)
起始濃度（mol/L）       2     1           0     0
變化濃度（mol/L）      0.8    0.8          0.8    0.8
平衡濃度（mol/L）      1.2    0.2          0.8    0.8
K`===2.67
650℃→900℃，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動；平衡常數由2.67減少為0.17，說明平衡向逆反應方向移動，則逆反應是吸熱反應，所以正反應是放熱反應；
（3）觀察3個熱化學方程式，發現①—②可以約去2CO₂(g)，根據蓋斯定律，則2CH₃OH(l)+2O₂(g)=2CO(g)+4H₂O(g)  ΔH=—709.6kJ/mol，若系數減半，則CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(g)  ΔH=—354.8kJ/mol；（4）①甲烷燃料電池的正極反應物是氧氣，由于KOH溶液顯堿性，根據電子、電荷、原子守恒原理，則正極反應式為O₂+4e^－+ H₂O=4OH^－；②電子帶負電，電極材料本身不帶電，負極流出電子帶正電，因此溶液中帶負電的氫氧根離子移向負極；而正極流入電子帶負電，因此溶液中帶正電的陽離子移向正極。
考點：考查化學反應原理，涉及氧化還原反應反應方程式的配平、平均反應速率的計算、化學平衡常數的計算與比較、溫度對平衡移動的影響規律的應用、放熱反應和吸熱反應、蓋斯定律、燃料電池的正極反應式、離子定向移動規律的應用等。