Question

（16分）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）我国储氢纳米碳管研究已取得重大进展。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，其反应的化学方程式为：

___C + ___K₂Cr₂O₇ + _______= ___ CO₂↑ + ___K₂SO₄ + ___Cr₂(SO₄)₃ +___H₂O

请完成并配平上述化学方程式。

（2）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＝－116 kJ·mol^-1

①下列措施中有利于增大该反应的反应速率的是____________。

A．使用高效催化剂            B．降低反应温度

C．增大体系压强              D．不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来

②在恒容容器中合成甲醇，当温度分别为230℃、250℃和270℃时，CO的转化率与n(H₂)/n(CO)的起始组成比的关系如右图所示。已知容器体积1L，起始时CO的物质的量均为1mol。据此判断在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是__________；利用图中a点对应的数据，计算该反应在对应温度下的平衡常数K =_______________________。

③已知： △H₂＝－283 kJ·mol^-1

 △H₃＝－242 kJ·mol^-1

则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO ₂和水蒸气的热化学方程式为_________。

（3）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其溶度积常数K_sp=

c(Ca²⁺)·c(CO₃^2—)=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 ^-5 mol/L ，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为________________________。

Answer

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

（2）①AC（2分，各1分，多选或错选1个倒扣1分，扣完为止，不出出负分）

②270℃（2分，无单位扣1分）    4L2/mol2（3分，不写单位也给分）

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

（3）2×10-4mol/L（3分，不写单位扣1分）

【解析】（1）考查氧化还原反应方程式的配平，配平的依据是电子的得失守恒。碳是还原剂，化合价升高4个单位。K2Cr2O7 是氧化剂，铬元素的化合价降低3铬单位，所以1mol氧化剂得到6mol电子，即氧化剂和还原剂的物质的量之比是2︰3，所以方程式为3C + 2K2Cr2O7 +8H2SO4 = 3CO2↑ + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 +8H2O。

（2）①考查外界条件对反应速率的影响。增大压强或使用催化剂都能增大反应速率，AC正确，BD是降低反应速率。

②由于是放热反应，所以温度越高，CO的转化率越低。因此Z表示的是270℃。a点的转化率是50％，CO的起始浓度是1，则氢气的是1.5，消耗的CO浓度是0.5，氢气是1，生成甲醇是0.5，所以平衡常数＝。

③考查盖斯定律的应用。根据反应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)，所以反应热是－283 kJ·mol-1＋116 kJ·mol-1－242 kJ·mol-1×2＝－651kJ·mol-1。

（3）根据Ksp= c(Ca2+)·c(CO32—)=2.8×10−9可知c(Ca2+)＝Ksp/c(CO32—)＝2.8×10−9/2.8×10 -5＝1×10-4mol/L，所以所需CaCl2溶液的最小浓度为1×10-4mol/L×2＝2×10-4mol/L