Question

【題目】全球變暖，冰川融化，降低大氣中CO2的含量顯得更加緊迫。

(1)我國儲氫碳納米管研究取得重大進展，碳納米管可用氧化法提純，請完成并配平下述化學方程式： ___C+___K2Cr2O7+____ ______=__CO2↑+___K2SO4+__Cr2(SO4)3+__H2O

(2)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) △H1=-116kJ/mol

①下列措施中有利于增大該反應的反應速率的是___________（填字母代號）。

A.隨時將CH3OH與反應混合物分離 B.降低反應溫度

C.增大體系壓強 D.使用高效催化劑

②已知：CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283kJ/mol

H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3=-242kJ/mol

則表示1 mol氣態甲醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣時的熱化學方程式為__________________。

③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1 mol）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，反應CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數KZ=__________（計算出數值）。 此時KZ________KY（填“>”“<”或“=”）。

(3)CO2在自然界循環時可與CaCO3反應，Ksp(CaCO3)=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5.6×10-5 mol/ L，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為______________。

Answer 1

【答案】3 2 8 H2SO4 3 2 2 8 CD CH3OH(g)+O2(g) CO2(g)+2H2O(g) △H=-651kJ/mol 270℃ < 4(L/mol)2 2×10-4mol/L

【解析】

(1)反應中C元素的化合價由0升高為+4價，Cr元素的化合價由+6價降低為+3價，結合化合價升降總數相等以及質量守恒定律配平；

(2)①根據影響反應速率的因素進行判斷，溫度升高，反應速率加快，使用催化劑，反應速率加快；

②根據蓋斯定律和題中所給熱化學方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學方程式；

③i)合成甲醇的反應是放熱反應，溫度升高，轉化率降低；

ii)根據平衡常數表達式和一氧化碳的轉化率求算，結合該反應的熱效應及溫度對平衡移動的影響判斷平衡常數的大小；

(3) Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)c(CO32-)=2.8×10-9，將c(CO32-)混合后的濃度帶入該式子，就可為得到最小的c(Ca2+)。

(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，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；

(1)①A.隨時將CH3OH與反應混合物分離，CH3OH的濃度減小，反應速率降低，A錯誤；

B.溫度降低，反應速率變小，B錯誤；

C.壓強增大，反應速率加快，C正確；

D.使用催化劑，反應速率加快，D正確；

故合理選項是CD；

②已知CO(g)+ O2(g)=CO2(g) △H2=-283kJ/mol ①

H2(g)+ O2(g)=H2O(g) △H3=-242kJ/mol ②

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol ③；

根據蓋斯定律：將①+②×2-③，整理可得：CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(g) △H=-651kJ/mol

③根據反應CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol可知：該反應的正反應是放熱反應，升高溫度，化學平衡逆向移動，反應物的轉化率降低，所以曲線X對應230℃，曲線Y對應250℃，Z對應的溫度是270℃；

②該反應的平衡常數K=，根據圖示可知n(H2)：n(CO)=1：1.5，由于反應開始時n(CO)=1mol、則n(H2)=1.5mol，在a點時，CO轉化率50%，反應消耗了CO的物質的量△n(CO)=1mol×50%=0.5mol，則根據二者的反應關系可知反應消耗H2的物質的量△n(H2)=2×0.5mol=1mol，此時剩余CO的物質的量是0.5mol，剩余H2的物質的量是：1.5mol-1mol=0.5mol，生成甲醇的物質的量是0.5mol，由于容器的容積為1L，所以c(CO)=0.5mol/L，c(H2)=0.5mol/L，c(CH3OH)=0.5mol/L將數據代入平衡常數表達式得：K=(L/mol)2；

由于CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol，該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，所以化學平衡常數會減小，根據前面分析可知曲線Y對應250℃，Z對應的溫度是270℃，所以KZ<KY；

(3)由于Ksp(CaCO3)=2.8×10-9。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，若將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的濃度為5.6×10-5 mol/ L，剛混合時物質的濃度是原來的一半，則c(CO32-)=5.6×10-5 mol/L=2.8×10-5 mol/L，則c(Ca2+)=Ksp÷c(CO32-)=2.8×10-9÷2.8×10-5= 1×10-4(mol/L)，由于溶液等體積混合，則要形成CaCO3沉淀，混合前c(Ca2+)最小為2× 1×10-4(mol/L)= 2×10-4(mol/L)。