Question

4．“低碳循環(huán)”引起各國(guó)的高度重視，而如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視．所以“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題．
（1）用電弧法合成的儲(chǔ)氫納米碳管常伴有大量的碳納米顆粒（雜質(zhì)），這種顆粒可用如下氧化法提純，請(qǐng)完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式，并在方框內(nèi)填上系數(shù)．
□C+□KMnO₄+□H₂SO₄=□CO₂↑+□MnSO₄+□K₂SO₄+□H₂O
（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(jìn)行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下二組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)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(shí)驗(yàn)1條件下，反應(yīng)從開始至達(dá)到平衡，以v（CO₂）表示的反應(yīng)速率為0.13mol/（L•min）（保留小數(shù)點(diǎn)后二位數(shù)）．
②實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{CO}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$，該反應(yīng)為放熱（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)中C元素的化合價(jià)升高，錳元素的化合價(jià)升高，可結(jié)合氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等先確定氧化劑KMnO₄及其還原產(chǎn)物的系數(shù)、還原劑C及其氧化產(chǎn)物CO₂的系數(shù)，再結(jié)合原子守恒推斷其它反應(yīng)物和生成物的系數(shù)并確定未知物的組成與系數(shù)；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO的物質(zhì)的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$ 計(jì)算v（CO），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
②利用三段式計(jì)算平衡時(shí)，各組分的物質(zhì)的量，該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，故利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算平衡常數(shù)；第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（3）根據(jù)甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水，結(jié)合①②熱化學(xué)方程式運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算出反應(yīng)熱并寫出熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）高錳酸鉀中錳元素化合價(jià)降低7-2=5價(jià)，碳元素化合價(jià)升高4-0=4價(jià)，化合價(jià)升高數(shù)=化合價(jià)降低數(shù)，所以高錳酸鉀前的系數(shù)是4，碳單質(zhì)前的系數(shù)是5，根據(jù)原子守恒，二氧化碳前是5，硫酸錳前是4，硫酸鉀前面是2，根據(jù)硫酸跟守恒，所以硫酸前面是6，據(jù)氧原子和氫原子守恒，產(chǎn)物少6個(gè)水分子，得化學(xué)反應(yīng)方程式為5C+4KMnO₄+6 H₂SO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，故答案為：5；4；6；5；4；2；6H₂O；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO的物質(zhì)的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=$\frac{\frac{△n}{△V}}{△t}=\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{6mil}=\frac{2}{15}$mol/（L•min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（CO₂）=v（CO）=$\frac{2}{15}$mol/（L•min）=0.13mol/（L•min），故答案為：0.13mol/（L•min）；
②平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為1.6mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2      1        0        0
變化（mol）：0.4    0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6    0.6      0.4      0.4
該反應(yīng)前后氣體體積不變，故利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故900℃時(shí)該反應(yīng)平衡常數(shù)k=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}=\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=0.17，實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.6}{4}$×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.4}{2}$×100%=20%，則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，則說(shuō)明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱，
故答案為：$\frac{c（{CO}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$；放熱；
（3）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-1275.6kJ/mol-（-566.0kJ/mol）=-709.6kJ/mol
故該反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（g）△H=-354.8kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫、氧化還原方程式配平等，題目難度中等．