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．請運用化學反應(yīng)原理的相關(guān)知識研究碳及其化合物的性質(zhì)．
（1）近年來，我國儲氫納米碳管研究取得重大進展，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)），這種碳納米顆粒可用氧化氣化法提純，其反應(yīng)的化學方程式為：

 

C+

 

K₂Cr₂O₇+

 

→

 

CO₂↑+

 

K₂SO₄+

 

Cr₂（SO₄）₃+

 

H₂O
請完成并配平上述化學方程式．
（2）甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實驗室走向工業(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                     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和水蒸氣時的熱化學方程式為

 

；
（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點對應(yīng)的數(shù)據(jù)，計算出曲線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：氧化還原反應(yīng)方程式的配平,熱化學方程式,化學平衡常數(shù)的含義,化學反應(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元素的化合價由0升高為+4價，Cr元素的化合價由+6價降低為+3價，結(jié)合化合價升降總數(shù)相等以及質(zhì)量守恒定律配平；
（2）①根據(jù)平衡移動原理進行判斷，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方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學方程式；
（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元素的化合價由0升高為+4價，一個碳化合價變化4，Cr元素的化合價由+6價降低為+3價，1個K₂Cr₂O₇化合價變化6，4和6的最小公倍數(shù)為12，由化合價升降總數(shù)相等可知，C的化學計量數(shù)為3，K₂Cr₂O₇的化學計量數(shù)為2，最后由質(zhì)量守恒定律可知得化學反應(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錯誤；
B、溫度降低，反應(yīng)速率變小，故B錯誤；
C、壓強增大，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點時，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，
帶人表達式得：K=

0.5

0.5×0．52

=4L²?mol^-2，
故答案是：4L²?mol^-2．

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