Question

歐盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排稅以應(yīng)對冰川融化和全球變暖，使得對如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用碳資源的研究顯得更加緊迫．請運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(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�？捎醚趸瘹饣�法提純，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

C+

 

K₂Cr₂O₇+

 

→

 

CO₂↑+

 

K₂SO₄+

 

Cr₂（SO₄）₃+

 

H₂O
請完成并配平上述化學(xué)方程式．
（2）甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化生產(chǎn)．工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1
①下列措施中有利于增大該反應(yīng)的反應(yīng)速率的是

 

；
A．隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離       B．降低反應(yīng)溫度
C．增大體系壓強(qiáng)                     D．使用高效催化劑
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
則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO₂和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式為

 

；
（3）在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃和270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律．如圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．請回答：
�。┰谏鲜鋈�種溫度中，曲線Z對應(yīng)的溫度是

 

．
ⅱ）利用圖中a點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出曲線Z在對應(yīng)溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：氧化還原反應(yīng)方程式的配平,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（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）①根據(jù)平衡移動(dòng)原理進(jìn)行判斷，溫度升高，反應(yīng)速率加快，使用催化劑，反應(yīng)速率加快；
②根據(jù)蓋斯定律和題中熱化學(xué)方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學(xué)方程式；
（3）①合成甲醇的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，轉(zhuǎn)化率降低；
②根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式和一氧化碳的轉(zhuǎn)化率求算．

解答： 解：（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；8H₂SO₄；3；2；2；8；
（2）①A、隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離，CH₃OH的濃度減小，反應(yīng)速率降低，故A錯(cuò)誤；
B、溫度降低，反應(yīng)速率變小，故B錯(cuò)誤；
C、壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，故C正確；
D、使用催化劑，反應(yīng)速率加快，故D正確；
故答案為：CD；
②已知：
CO(g)+

1

2

O2(g)=CO2(g)△H₂=-283kJ?mol^-1 ①；
H2(g)+

1

2

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

3

2

O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1；
（3）①根據(jù)反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，是放熱反應(yīng)，溫度越高，轉(zhuǎn)化率越低，所以曲線Z對應(yīng)的溫度是270℃，
故答案是：270℃；
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，
a點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率50%，反應(yīng)消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氫氣2mol
剩余1molCO，n（H₂）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，
a點(diǎn)各組分的濃度是：c（CH₃OH）=

1mol

2L

=0.5mol/L，c（CO）=

1mol

2L

=0.5mol/L，c（H₂）=

1mol

2L

=0.5mol/L，
帶人表達(dá)式得：K=

0.5

0.5×0．52

=4L²?mol^-2，
故答案是：4L²?mol^-2．

點(diǎn)評：本題考查了影響反應(yīng)速率的因素及反應(yīng)平衡常數(shù)的計(jì)算、熱化學(xué)方程式的書寫等知識(shí)，注意蓋斯定律的應(yīng)用，題目屬于綜合知識(shí)點(diǎn)的考查，側(cè)重于考查學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，難度中等．