Question

欧盟原定于2012年1月I日起征收航空碳排税以应对冰川融化和全球变暧，研究碳及其化合物的综合利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义．请运用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），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
①完成并配平上述化学方程式②在上述方程式上标出该反应电子转移的方向与数目．
（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯MgO．
①750℃时，测得气体中含等物质的量SO₂和SO₃，此时反应的化学方程式

 

；
②由MgO可制成“镁-次氯酸盐”燃料电池，其装置示意图如图1，该电池反应的离子方程式为

 

；

（3）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将C0₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①该反应的平衡常数表达式为K

 

②取五份等体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH₃OH）与反应温度T的关系曲线如图2所示，则上述CO₂转化为甲醇反应的△H

 

0（填“＞”“＜”或“=”）．
③在同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图3所示，曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ

 

K_Ⅱ （填“＞”“＜”或“=”）

Answer 1

分析：（1）①反应中C元素的化合价由0升高为+4价，Cr元素的化合价由+6价降低为+3价，结合化合价升降总数相等以及质量守恒定律配平；
②反应中C元素的化合价由0升高为+4价，3个C转移电子数为12e^-；
（2）①根据题目信息写出反应物和生成物，根据质量守恒配平；
②由图可知镁-次氯酸盐”燃料电池中Mg与ClO^-、H₂O反应生成Cl^-与Mg（OH）₂；
（3）①依据化学方程式和平衡常数概念写出平衡常数表达式；
②由图可知最高点反应到达平衡，到达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，升高温度平衡向逆反应进行，据此判断；
③由图象分析先拐先平，温度高T₂先达到平衡则T₂＞T₁，纵轴是甲醇的物质的量，温度越高，甲醇越少，平衡逆向进行分析判断；

解答：解：（1）①反应中C元素的化合价由0升高为+4价，一个碳化合价变化4，Cr元素的化合价由+6价降低为+3价，1个K₂Cr₂O₇化合价变化6，4和6的最小公倍数为12，由化合价升降总数相等可知，C的化学计量数为3，K₂Cr₂O₇的化学计量数为2，最后由质量守恒定律可知得化学反应为3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CO₂+2K₂SO₄+2Cr₂（SO₄）₃+8H₂O，
故答案为：3；2；8；H₂SO₄；3； 2；2；8；
②反应中C元素的化合价由0升高为+4价，3个C转移电子数为12e^-，；
故答案为：；
（2）①用CO还原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式为CO+2MgSO₄

750℃  .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃，故答案为：CO+2MgSO₄

750℃  .

2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
②由图可知镁-次氯酸盐”燃料电池中Mg与ClO^-、H₂O反应生成Cl^-与Mg（OH）₂，该电池反应的总反应方程式为Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，正极电极反应是ClO-离子得到电子发生还原反应，电极反应为：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，故答案为：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-；
（3）①依据化学方程式和平衡常数概念写出平衡常数表达式，K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，故答案为：=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
②由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，说明升高温度平衡向逆反应进行，升高温度平衡吸热方向进行，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，即△H₃＜0，故答案为：＜；
③T₂先达到平衡则T₂＞T₁，由温度升高反应速率增大可知T₂的反应速率大于T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，则说明可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动，则T₁时的平衡常数比T₂时的大，
故答案为：＞．

点评：本题考查了氧化还原反应方程式配平和电子转移，原电池原理的分析应用，化学平衡移动，平衡常数概念理解等，题目涉及的知识点较多，综合性较强，难度中等．