Question

欧盟原定于2012年1月1日起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）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
①下列措施中有利于增大该反应的反应速率的是

 

；
A．随时将CH₃OH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

2

O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1
，H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO₂和水蒸气时的热化学方程式为

 

；
（2）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．下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1mol）与CO平衡转化率的关系．
请回答：
①在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是

 

；
②利用图中a点对应的数据，计算出曲线Z在对应温度下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7×10^-4mol/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为

 

mol/L．

Answer 1

考点：产物的百分含量随浓度、时间的变化曲线,热化学方程式,化学反应速率的影响因素,转化率随温度、压强的变化曲线,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①根据平衡移动原理进行判断，温度升高，反应速率加快，使用催化剂，反应速率加快；
②根据盖斯定律和题中热化学方程式写出甲醇完全燃烧生成二氧化碳的热化学方程式；
（2）①合成甲醇的反应是放热反应，温度升高，转化率降低；
②根据平衡常数表达式和一氧化碳的转化率求算；
（3）Na₂CO₃溶液的浓度为7×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=7×10^-4mol/L，根据K_sp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答： 解：（1）①A、随时将CH₃OH与反应混合物分离，CH₃OH的浓度减小，反应速率降低，故A错误；
B、温度降低，反应速率变小，故B错误；
C、压强增大，反应速率加快，故C正确；
D、使用催化剂，反应速率加快，故D正确；
故答案为：CD；
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1①，
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1②；
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1③；
根据盖斯定律：①+②×2-③得：CH₃OH（g）+3/2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1；
（2）①根据反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，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℃，故答案是：270℃；
②a点时，CO转化率50%，反应消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氢气2mol，剩余1molCO，n（H₂）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，
a点各组分的浓度是：c（CH₃OH）=

1mol

2L

=0.5mol/L，c（CO）=

1mol

2L

=0.5mol/L，c（H₂）=

1mol

2L

=0.5mol/L，
则K=

0.5

0.5×(0.5)2

=4L²?mol^-2，
故答案是：4L²?mol^-2；
（3）Na₂CO₃溶液的浓度为7×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×7×10^-4mol/L=3.5×10^-4mol/L，
根据K_sp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，
c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

3.5×10-4

mol/L=0.8×10^-5mol/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2×0.8×10^-5mol/L=1.6×10^-5mol/L，
故答案为：1.6×10^-5mol/L．

点评：本题考查较综合，涉及转化率与图象分析计算、反应热的计算、溶度积的计算等，均为高考常考考点，侧重分析、应用、计算能力的综合考查，题目难度中等．