Question

歐盟原定于2012年1月I日起征收航空碳排稅以應(yīng)對(duì)冰川融化和全球變曖，研究碳及其化合物的綜合利用對(duì)促進(jìn)低碳社會(huì)的構(gòu)建具有重要的意義．請(qǐng)運(yùn)用相關(guān)知識(shí)研究碳及其化合物的性質(zhì)．
（1）近年來，我國儲(chǔ)氫納米碳管研究取得重大進(jìn)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(zhì)），這種碳納米顆粒可用氧化氣化法提純，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

C+

 

K₂Cr₂O₇+

 

-

 

CO₂↑+

 

K₂SO₄+

 

Cr₂（SO₄）₃+

 

H₂O
①完成并配平上述化學(xué)方程式②在上述方程式上標(biāo)出該反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移的方向與數(shù)目．
（2）高溫時(shí)，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO．
①750℃時(shí)，測(cè)得氣體中含等物質(zhì)的量SO₂和SO₃，此時(shí)反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)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(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K

 

②取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)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(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖2所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H

 

0（填“＞”“＜”或“=”）．
③在同條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖3所示，曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ

 

K_Ⅱ （填“＞”“＜”或“=”）

Answer 1

分析：（1）①反應(yīng)中C元素的化合價(jià)由0升高為+4價(jià)，Cr元素的化合價(jià)由+6價(jià)降低為+3價(jià)，結(jié)合化合價(jià)升降總數(shù)相等以及質(zhì)量守恒定律配平；
②反應(yīng)中C元素的化合價(jià)由0升高為+4價(jià)，3個(gè)C轉(zhuǎn)移電子數(shù)為12e^-；
（2）①根據(jù)題目信息寫出反應(yīng)物和生成物，根據(jù)質(zhì)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(yīng)生成Cl^-與Mg（OH）₂；
（3）①依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念寫出平衡常數(shù)表達(dá)式；
②由圖可知最高點(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，到達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，據(jù)此判斷；
③由圖象分析先拐先平，溫度高T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，縱軸是甲醇的物質(zhì)的量，溫度越高，甲醇越少，平衡逆向進(jìn)行分析判斷；

解答：解：（1）①反應(yīng)中C元素的化合價(jià)由0升高為+4價(jià)，一個(gè)碳化合價(jià)變化4，Cr元素的化合價(jià)由+6價(jià)降低為+3價(jià)，1個(gè)K₂Cr₂O₇化合價(jià)變化6，4和6的最小公倍數(shù)為12，由化合價(jià)升降總數(shù)相等可知，C的化學(xué)計(jì)量數(shù)為3，K₂Cr₂O₇的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2，最后由質(zhì)量守恒定律可知得化學(xué)反應(yīng)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(yīng)中C元素的化合價(jià)由0升高為+4價(jià)，3個(gè)C轉(zhuǎn)移電子數(shù)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(yīng)生成Cl^-與Mg（OH）₂，該電池反應(yīng)的總反應(yīng)方程式為Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，正極電極反應(yīng)是ClO-離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，故答案為：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-；
（3）①依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念寫出平衡常數(shù)表達(dá)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(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₃＜0，故答案為：＜；
③T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，
故答案為：＞．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了氧化還原反應(yīng)方程式配平和電子轉(zhuǎn)移，原電池原理的分析應(yīng)用，化學(xué)平衡移動(dòng)，平衡常數(shù)概念理解等，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度中等．