Question

歐盟原定于2012年1月I日起征收航空碳排稅以應對冰川融化和全球變曖，研究碳及其化合物的綜合利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義．請運用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），這種碳納米顆粒可用氧化氣化法提純，其反應的化學方程式為：

 

C+

 

K₂Cr₂O₇+

 

-

 

CO₂↑+

 

K₂SO₄+

 

Cr₂（SO₄）₃+

 

H₂O
①完成并配平上述化學方程式②在上述方程式上標出該反應電子轉移的方向與數目．
（2）高溫時，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO．
①750℃時，測得氣體中含等物質的量SO₂和SO₃，此時反應的化學方程式

 

；
②由MgO可制成“鎂-次氯酸鹽”燃料電池，其裝置示意圖如圖1，該電池反應的離子方程式為

 

；

（3）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將C0₂轉化為甲醇的熱化學方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①該反應的平衡常數表達式為K

 

②取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數φ（CH₃OH）與反應溫度T的關系曲線如圖2所示，則上述CO₂轉化為甲醇反應的△H

 

0（填“＞”“＜”或“=”）．
③在同條件下發生反應，測得CH₃OH的物質的量隨時間變化如圖3所示，曲線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為K_Ⅰ

 

K_Ⅱ （填“＞”“＜”或“=”）

Answer 1

分析：（1）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反應中C元素的化合價由0升高為+4價，3個C轉移電子數為12e^-；
（2）①根據題目信息寫出反應物和生成物，根據質量守恒配平；
②由圖可知鎂-次氯酸鹽”燃料電池中Mg與ClO^-、H₂O反應生成Cl^-與Mg（OH）₂；
（3）①依據化學方程式和平衡常數概念寫出平衡常數表達式；
②由圖可知最高點反應到達平衡，到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，升高溫度平衡向逆反應進行，據此判斷；
③由圖象分析先拐先平，溫度高T₂先達到平衡則T₂＞T₁，縱軸是甲醇的物質的量，溫度越高，甲醇越少，平衡逆向進行分析判斷；

解答：解：（1）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，
故答案為：3；2；8；H₂SO₄；3； 2；2；8；
②反應中C元素的化合價由0升高為+4價，3個C轉移電子數為12e^-，；
故答案為：；
（2）①用CO還原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式為CO+2MgSO₄

750℃  .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃，故答案為：CO+2MgSO₄

750℃  .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
②由圖可知鎂-次氯酸鹽”燃料電池中Mg與ClO^-、H₂O反應生成Cl^-與Mg（OH）₂，該電池反應的總反應方程式為Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，正極電極反應是ClO-離子得到電子發生還原反應，電極反應為：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，故答案為：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-；
（3）①依據化學方程式和平衡常數概念寫出平衡常數表達式，K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，故答案為：=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
②由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，說明升高溫度平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H₃＜0，故答案為：＜；
③T₂先達到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應速率增大可知T₂的反應速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態CH₃OH的物質的量少，則說明可逆反應CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應方向移動，則T₁時的平衡常數比T₂時的大，
故答案為：＞．

點評：本題考查了氧化還原反應方程式配平和電子轉移，原電池原理的分析應用，化學平衡移動，平衡常數概念理解等，題目涉及的知識點較多，綜合性較強，難度中等．