Question

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

（2）甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實驗室走向工業化生產。工業上一般以CO和H2為原料合成甲醇，該反應的熱化學方程式為：

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

①下列措施中可增大H2的平衡轉化率的是_________；

A．升高反應溫度 B．增大體系壓強

C．使用高效催化劑 D．及時將CH3OH與反應混合物分離

②向2L的恒容密閉容器中充入1mol CO和2mol H2，進行上述反應，5min后達到平衡狀態，此時體系的壓強變為原來的。則此段時間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

則氣態甲醇燃燒生成CO2和水蒸氣時的熱化學方程式為_______________________；

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CO的物質的量均為1mol）與CO平衡轉化率的關系。

請回答：

ⅰ．在上述三種溫度中，曲線Z對應的溫度是_______。

ⅱ．利用圖中a點對應的數據，計算出曲線Z在對應溫度下

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

（3）CO2在自然界循環時可與CaCO3反應，CaCO3是一種難溶物質，其Ksp=2.8×10－9。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現將等體積的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）反應中C元素的化合價由0價升高為+4價，Cr元素的化合價由+6價降低為+3價，該反應中轉移12e-，由電子守恒和質量守恒定律可得知反應的離子方程式為3C＋2Cr2O72－＋16H＋＝3CO2↑＋4Cr3＋＋8H2O；（2）①A、正反應放熱，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，轉化率降低，A錯誤；B、正反應體積減小，壓強增大，平衡向正反應方向進行提高轉化率，B正確；C、使用催化劑，不能改變平衡狀態，C錯誤。D、及時將CH3OH與反應混合物分離，促進平衡向正反應方向進行提高轉化率，D正確；答案選BD；②根據反應可知

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

起始量（mol） 1 2 0

轉化量（mol） x 2x x

平衡量（mol） 1－x 2－2x x

則

解得x＝0.5

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

③根據反應：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

根據蓋斯定律：ⅱ+(ⅲ-ⅰ)×2得2CH3OH (g) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 4H2O (g) ΔH＝－1302kJ·mol-1；④ⅰ．根據反應CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol，是放熱反應，溫度越高，轉化率越低，所以曲線Z對應的溫度是270℃；ii．a點時，CO轉化率50%，則

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

開始時濃度/mol/L 1 1.5 0

轉化的濃度/mol/L 0.5 1 0.5

平衡時濃度/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。