Question

【题目】欧盟征收航空碳排税以应对冰川融化和全球变暖，使得对如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用碳资源的研究显得更加紧迫。请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。

（1）近年来，我国储氢碳纳米管研究取得重大进展，用电弧法合成的碳纳米管中常伴有大量碳纳米颗粒（杂质），这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯，请完成并配平下述化学方程式：

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

（2）甲醇是一种新型燃料，甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产。工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol

①下列措施中有利于增大该反应的反应速率的是_______（填字母代号）。

A．随时将CH30H与反应混合物分离 B.降低反应温度

C.增大体系压强 D.使用高效催化剂

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

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) △H3=-242kJ/mol

则表示lmol气态甲醇完全燃烧生成CO2和水蒸气时的热化学方程式为______________。

③在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃和270℃ 三种温度下合成甲醇的规律。右图是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为lmol）与CO平衡转化率的关系。

请回答：

i）在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是_________；

ii）利用图中a点对应的数据，计算出曲线Z在对应温度下，反应CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)的平衡常数K=__________。

（3）CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10-9。 CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为5.6×10-5mol/L，则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为______________。

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（可以不写单位） 2×10-4mol/L

【解析】（1）反应中C元素的化合价由0价升高为+4价，Cr元素的化合价由+6价降低为+3价，该反应中转移12e-，由电子守恒和质量守恒定律可得知化学反应为：3C+2K2Cr2O7+8H2SO4=3CO2↑+2K2SO4+2Cr2(SO4)3+8H2O；

（2）①A、随时将CH3OH与反应混合物分离，没有改变反应速率，选项A错误；B、温度降低，反应速率变小，选项B错误；C、压强增大，反应速率加快，选项C正确；D、使用催化剂，反应速率加快，选项D正确。答案选CD；

②根据反应：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

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

③i）根据反应CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol，是放热反应，温度越高，转化率越低，所以曲线Z对应的温度是270℃；

ii）a点时，CO转化率50%，

CO(g) + 2H2(g) = CH3OH(g)

开始时浓度/mol/L 1 1.5 0

转化的浓度/mol/L 0.5 1 0.5

平衡时浓度/mol/L 0.5 0.5 0.5

K===4 L2/mol2；

（3）Na2CO3溶液的浓度为5.6×10-5mol/L，等体积混合后c(CO32-)=×5.6×10-5mol/L=2.8×10-5mol/L，根据Ksp= c(CO32-) c(Ca2+)=2.8×10-9可知，c(Ca2+)==1×10-4 mol/L，原溶液CaCl2溶液的最小浓度为混合溶液中c(Ca2+)的2倍，故原溶液CaCl2溶液的最小浓度为2×1×10-4 mol/L=2×10-4 mol/L。