Question

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的研究顯得更加緊迫。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：

（2）焦炭可用于制取水煤氣。測得12 g 碳與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了131．6 kJ熱量。該反應的熱化學方程式為                    。
（3）活性炭可處理大氣污染物NO。在2 L密閉容器中加入NO和活性炭（無雜質），生成氣體E和F。當溫度分別在T1和T2時，測得各物質平衡時物質的量如下表：

上述反應T1℃時的平衡常數為K1，T2℃時的平衡常數為K2。
Ⅰ．計算K1=        。
Ⅱ．根據上述信息判斷，溫度T1和T2的關系是（填序號）           。

（4）CO₂經常用氫氧化鈉來吸收，現有0．4 molCO₂，若用200ml 3mol/LNaOH溶液將其完全吸收，溶液中離子濃度由大到小的順序為：               。
（5）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 ℃下工作的燃料電池，其負極反應式：則
正極反應式：___          ，電池總反應式                 。

Answer 1

（1）5、4、6、5、4、2、6（2）C(s)＋H₂O(g)=CO(g)＋H₂(g)，ΔH=＋131.6 kJ?mol^—1（3）①Ⅰ．0.5625 Ⅱ．c（4）c(Na⁺) > c(HCO₃^-) > c(CO₃^2-) > c(OH^-) > c(H⁺)（5）O₂ +2CO₂+4e^-=2CO₃^2-, 2CO+O₂=2CO₂

解析試題分析：（1）反應中C元素的化合價由0升高為+4價，一個碳化合價變化4，Cr元素的化合價由+6價降低為+3價，1個K₂Cr₂O₇化合價變化6，4和6的最小公倍數為12，由化合價升降總數相等可知，C的化學計量數為3，K₂Cr₂O₇的化學計量數為2，由于產物中有Cr₂(SO₄)₃，所以未知的反應物為H₂SO₄，最后由質量守恒定律可知得化學反應為3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄═3CO₂+2K₂SO₄+2Cr₂(SO₄)₃+8H₂O（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）△H=+131.6 kJ?mol^-1（3）Ⅰ、平衡時c（NO）==0.02mol/L，c（N₂）=c（CO₂）==0.015mol/L，故T₁℃時該反應的平衡常數為K₁===0.5625；Ⅱ、由表中數據可知，溫度由T₁變為T₂，平衡向逆反應移動，由于正反應是吸熱，還是放熱不確定，無法判斷溫度變化，故答案為：c；（4）NaOH先與CO₂反應生成CO₃^2-離子后過量CO₂與再CO₃^2-離子反應生成HCO₃^-離子，由題意知有0.4mol CO₂，200ml 3mol/LNaOH溶液中含有NaOH0.6mol，即NaOH先完全反應生成Na₂CO₃后再生成NaHCO₃：
CO₂+2NaOH=Na₂CO₃          CO₂+Na₂CO₃+H₂O =2NaHCO₃
1    2     1        1    1         2
0.3   0.6   0.3       0.1   0.1        0.2
所得溶液中有0.2mol Na₂CO₃，0.2mol NaHCO₃，又鈉離子沒有參與反應反應其濃度最大，CO₃^2-水解生成OH^-和HCO₃^-，而HCO₃^-水解大于電離，生成OH^-，使得c(HCO₃^-) > c(CO₃^2-)，c(OH^-) > c(H⁺)，故c(Na⁺) > c(HCO₃^-) > c(CO₃^2-) > c(OH^-) > c(H⁺)（5）該燃料電池中，通入CO的一極為原電池的負極，發生氧化反應，電極反應式為2CO-4e^-+2CO₃^2-═4CO₂，通入氧氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-電池總反應式2CO+O₂=2CO₂
考點：氧化還原反應方程式的配平；熱化學方程式；水解與電離；化學平衡的計算；化學平衡的影響因素；化學電源新型電池