Question

（16分）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）我國儲氫納米碳管研究已取得重大進展。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

請完成并配平上述化學方程式。

（2）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＝－116 kJ·mol^-1

①下列措施中有利于增大該反應的反應速率的是____________。

A．使用高效催化劑            B．降低反應溫度

C．增大體系壓強              D．不斷將CH₃OH從反應混合物中分離出來

②在恒容容器中合成甲醇，當溫度分別為230℃、250℃和270℃時，CO的轉化率與n(H₂)/n(CO)的起始組成比的關系如右圖所示。已知容器體積1L，起始時CO的物質的量均為1mol。據此判斷在上述三種溫度中，曲線Z對應的溫度是__________；利用圖中a點對應的數據，計算該反應在對應溫度下的平衡常數K =_______________________。

③已知： △H₂＝－283 kJ·mol^-1

 △H₃＝－242 kJ·mol^-1

則表示1mol氣態甲醇完全燃燒生成CO ₂和水蒸氣的熱化學方程式為_________。

（3）CO₂在自然界循環時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質，其溶度積常數K_sp=

c(Ca²⁺)·c(CO₃^2—)=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】

（1）3C + 2K₂Cr₂O₇ +8H₂SO₄ = 3CO₂↑ + 2K₂SO₄ + 2Cr₂(SO₄)₃ +8H₂O（3分，填上H₂SO₄給1分）

（2）①AC（2分，各1分，多選或錯選1個倒扣1分，扣完為止，不出出負分）

②270℃（2分，無單位扣1分）    4L²/mol²（3分，不寫單位也給分）

③CH₃OH(g)+3/2O₂(g)  CO₂(g)+2H₂O(g)  △H＝－651kJ·mol^-1（3分）

（3）2×10^-4mol/L（3分，不寫單位扣1分）

【解析】（1）考查氧化還原反應方程式的配平，配平的依據是電子的得失守恒。碳是還原劑，化合價升高4個單位。K₂Cr₂O₇ 是氧化劑，鉻元素的化合價降低3鉻單位，所以1mol氧化劑得到6mol電子，即氧化劑和還原劑的物質的量之比是2︰3，所以方程式為3C + 2K₂Cr₂O₇ +8H₂SO₄ = 3CO₂↑ + 2K₂SO₄ + 2Cr₂(SO₄)₃ +8H₂O。

（2）①考查外界條件對反應速率的影響。增大壓強或使用催化劑都能增大反應速率，AC正確，BD是降低反應速率。

②由于是放熱反應，所以溫度越高，CO的轉化率越低。因此Z表示的是270℃。a點的轉化率是50％，CO的起始濃度是1，則氫氣的是1.5，消耗的CO濃度是0.5，氫氣是1，生成甲醇是0.5，所以平衡常數＝。

③考查蓋斯定律的應用。根據反應①CO(g)+ 2H₂(g)  CH₃OH(g)、②

③可知，②－①＋③×2可得H₃OH(g)+3/2O₂(g)  CO₂(g)+2H₂O(g)，所以反應熱是－283 kJ·mol^-1＋116 kJ·mol^-1－242 kJ·mol^-1×2＝－651kJ·mol^-1。

（3）根據K_sp= c(Ca²⁺)·c(CO₃^2—)=2.8×10⁻⁹可知c(Ca²⁺)＝K_sp/c(CO₃^2—)＝2.8×10⁻⁹/2.8×10 ^-5＝1×10^-4mol/L，所以所需CaCl₂溶液的最小濃度為1×10^-4mol/L×2＝2×10^-4mol/L