Question

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，我国储氢纳米碳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)，酸性K₂Cr₂O₇溶液可将这种碳纳米颗粒氧化为无毒气体而除去，该反应的还原产物为Cr³⁺，请写出相应的离子方程式：___________________________。   

（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) ΔH₁＝－116 kJ·mol^-1 

①下列措施中可增大H₂的平衡转化率的是_________； 

A．升高反应温度             B．增大体系压强 

C．使用高效催化剂          D．及时将CH₃OH与反应混合物分离

②向2L的恒容密闭容器中充入1mol CO和2mol H₂，进行上述反应，5min后达到平衡状态，此时体系的压强变为原来的。则此段时间v(H₂)=__________mol·L^-1·min^-1 。

③已知：  

2CO (g) + O₂ (g) 2CO₂ (g) ΔH₂＝－566 kJ·mol^-1

2H₂ (g) + O₂ (g) 2H₂O (g) ΔH₃＝－484 kJ·mol^-1

则气态甲醇燃烧生成CO₂和水蒸气时的热化学方程式为 _______________________； 

④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： 

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

CO (g) + 2H₂ (g)CH₃OH (g)的平衡常数K的值为 =_____。

（3）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_sp=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

3C＋2Cr2O72－＋16H＋===3CO2↑＋4Cr3＋＋8H2O B D 0.1 2CH3OH (g) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 4H2O (g) ΔH＝－1302 kJ·mol-1 270℃ 4 2.0 ×10－4 mol/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反应的离子方程式为3C＋2Cr2O72－＋16H＋＝3CO2↑＋4Cr3＋＋8H2O；（2）①A、正反应放热，升高温度，平衡向逆反应方向进行，转化率降低，A错误；B、正反应体积减小，压强增大，平衡向正反应方向进行提高转化率，B正确；C、使用催化剂，不能改变平衡状态，C错误。D、及时将CH3OH与反应混合物分离，促进平衡向正反应方向进行提高转化率，D正确；答案选BD；②根据反应可知

CO (g) + 2H2 (g) CH3OH (g)

起始量（mol） 1 2 0

转化量（mol） x 2x x

平衡量（mol） 1－x 2－2x x

则

解得x＝0.5

所以此段时间v(H2)=1mol/(2L×5min)=0.1mol·L-1·min-1 。

③根据反应：ⅰCO (g) + 2H2 (g) CH3OH (g) △H1=-116kJ/mol

ⅱ2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g) ΔH2＝－566 kJ·mol-1；

ⅲ2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) ΔH3＝－484 kJ·mol-1

根据盖斯定律：ⅱ+(ⅲ-ⅰ)×2得2CH3OH (g) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 4H2O (g) ΔH＝－1302 kJ·mol-1；④ⅰ．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%，则

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。