Question

【題目】請(qǐng)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識(shí)研究碳及其化合物的性質(zhì)。

（1）近年來，我國儲(chǔ)氫納米碳管研究取得重大進(jìn)展，用電弧法合成的碳納米管中常伴有大量碳納米顆粒(雜質(zhì))，酸性K2Cr2O7溶液可將這種碳納米顆粒氧化為無毒氣體而除去，該反應(yīng)的還原產(chǎn)物為Cr3+，請(qǐng)寫出相應(yīng)的離子方程式：___________________________。

（2）甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化生產(chǎn)。工業(yè)上一般以CO和H2為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

CO (g) +2H2 (g) CH3OH (g) ΔH1＝－116kJ·mol-1

①下列措施中可增大H2的平衡轉(zhuǎn)化率的是_________；

A．升高反應(yīng)溫度 B．增大體系壓強(qiáng)

C．使用高效催化劑 D．及時(shí)將CH3OH與反應(yīng)混合物分離

②向2L的恒容密閉容器中充入1mol CO和2mol H2，進(jìn)行上述反應(yīng)，5min后達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)體系的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?/span>。則此段時(shí)間v(H2)=__________mol·L-1·min-1 。

③已知：

2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g) ΔH2＝－566kJ·mol-1

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) ΔH3＝－484kJ·mol-1

則氣態(tài)甲醇燃燒生成CO2和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式為_______________________；

④在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃和270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律。下圖是上述三種溫度下不同的H2和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。

請(qǐng)回答：

�。�在上述三種溫度中，曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是_______。

ⅱ．利用圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出曲線Z在對(duì)應(yīng)溫度下

CO (g) +2H2 (g)CH3OH (g)的平衡常數(shù)K的值為=_____。

（3）CO2在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO3反應(yīng)，CaCO3是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=2.8×10－9。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的濃度為5.6×10－5mol/L，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為______。

Answer 1

【答案】 3C＋2Cr2O72－＋16H＋===3CO2↑＋4Cr3＋＋8H2O BD 0.1 2CH3OH (g) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 4H2O (g) ΔH＝－1302kJ·mol-1 270℃ 4 2.0 ×10－4mol/L

【解析】（1）反應(yīng)中C元素的化合價(jià)由0價(jià)升高為+4價(jià)，Cr元素的化合價(jià)由+6價(jià)降低為+3價(jià)，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移12e-，由電子守恒和質(zhì)量守恒定律可得知反應(yīng)的離子方程式為3C＋2Cr2O72－＋16H＋＝3CO2↑＋4Cr3＋＋8H2O；（2）①A、正反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率降低，A錯(cuò)誤；B、正反應(yīng)體積減小，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行提高轉(zhuǎn)化率，B正確；C、使用催化劑，不能改變平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤。D、及時(shí)將CH3OH與反應(yīng)混合物分離，促進(jìn)平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行提高轉(zhuǎn)化率，D正確；答案選BD；②根據(jù)反應(yīng)可知

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

起始量（mol） 1 2 0

轉(zhuǎn)化量（mol） x 2x x

平衡量（mol） 1－x 2－2x x

則

解得x＝0.5

所以此段時(shí)間v(H2)=1mol/(2L×5min)=0.1mol·L-1·min-1 。

③根據(jù)反應(yīng)：ⅰCO (g) +2H2 (g) CH3OH (g) △H1=-116kJ/mol

ⅱ2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g) ΔH2＝－566kJ·mol-1；

ⅲ2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) ΔH3＝－484kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律：ⅱ+(ⅲ-ⅰ)×2得2CH3OH (g) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 4H2O (g) ΔH＝－1302kJ·mol-1；④ⅰ．根據(jù)反應(yīng)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol，是放熱反應(yīng)，溫度越高，轉(zhuǎn)化率越低，所以曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是270℃；ii．a點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率50%，則

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

開始時(shí)濃度/mol/L 1 1.5 0

轉(zhuǎn)化的濃度/mol/L 0.5 1 0.5

平衡時(shí)濃度/mol/L 0.5 0.5 0.5

K===4 L2/mol2；

（3）Na2CO3溶液的濃度為5.6×10-5mol/L，等體積混合后c(CO32-)=×5.6×10-5mol/L=2.8×10-5mol/L，根據(jù)Ksp= c(CO32-) c(Ca2+)=2.8×10-9可知，c(Ca2+)==1×10-4 mol/L，原溶液CaCl2溶液的最小濃度為混合溶液中c(Ca2+)的2倍，故原溶液CaCl2溶液的最小濃度為2×1×10-4 mol/L=2×10-4 mol/L。