Question

【題目】歐盟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）近年來，我國儲氫碳納米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），這種碳納米顆粒可用氧化氣化法提純，請完成并配平下述化學方程式：

口C＋口K2Cr2O7+口______=口CO2↑+口K2SO4+口Cr2(SO4)3+口H2O

（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) △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CH30H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)+1/2O2(g)=CO2(g) △H2=-283kJ/mol

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) △H3=-242kJ/mol

則表示lmol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。右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lmol）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K=__________。

（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】 3、2、8；H2SO4；3、2、2、8 CD CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-651kJ/mol 270℃ 4L2/mol2（可以不寫單位） 2×10-4mol/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化學反應為：3C+2K2Cr2O7+8H2SO4=3CO2↑+2K2SO4+2Cr2(SO4)3+8H2O；

（2）①A、隨時將CH3OH與反應混合物分離，沒有改變反應速率，選項A錯誤；B、溫度降低，反應速率變小，選項B錯誤；C、壓強增大，反應速率加快，選項C正確；D、使用催化劑，反應速率加快，選項D正確。答案選CD；

②根據反應：①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol

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

③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) △H3=-242kJ/mol

根據蓋斯定律：①-②-③×2得：CH3OH(g)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=△H1-△H2-2△H3=-651kJ/mol；

③i）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%，

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。