题目内容

18．碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是理想，更是一种值得期待的新的生活方式，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），这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯，其反应化学方程式为：
3C+2K2Cr2O7+8H2SO4=3CO2↑+2K2SO4+2Cr2（SO4）3+8H2O
请完成并配平上述化学方程式．其中氧化剂是K2Cr2O7，氧化产物是CO2
（2）工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H
下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（Κ）．
温 度250℃300℃350℃
Κ2.0410.2700.012
①由表中数据判断△H＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中，充分反应 10min后，达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则此时的温度为250℃．
③请在下列坐标中的画出②中求得温度下CO、H2和 CH30H的浓度随时间变化的曲线，并进行适当的标注．
（3）工业上也可以用CO2和H2反应制得甲醇．在2×105Pa、300℃的条件下，若有440g CO2与H2恰好完全反应生成甲醇和水，放出495kJ的热量，试写出该反应的热化学方程式CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.5KJ•mol-1．
（4）以CH3OH为燃料（以 KOH 溶液作电解质溶液）可制成CH3OH燃料电池，则充入CH3OH的电极为负极，充入O2电极的反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-．

分析 （1）反应中C元素化合价由0价升高为+4，化合价升高共4价，Cr元素化合价由+价降低为+3，化合价总降低6价，化合价升降最小公倍数为12，故C的系数为3，K2Cr2O7系数为2，再根据原子守恒配平，可知缺项为H2SO4；
所含元素化合价降低的反应物为氧化剂，所含元素化合价升高反应物为还原剂，还原剂发生氧化反应生成氧化产物；
（2）①由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应；
②计算平衡时各组分的浓度，代入K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数，可以确定温度；
③随反应进行，反应物浓度降低、生成物浓度增大，作图中注明物质的起始浓度、平衡浓度以及反应到达平衡的时间；
（3）发生反应：CO2+3H2=CH3OH+H2O，计算1mol二氧化碳反应放出的热量，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（4）以CH3OH为燃料（ KOH 溶液作电解质溶液）可制成CH3OH燃料电池，甲醇发生氧化反应，在负极充入，氧气发生还原反应，获得电子，碱性条件下生成氢氧根离子．

解答 解：（1）反应中C元素化合价由0价升高为+4，化合价升高共4价，Cr元素化合价由+价降低为+3，化合价总降低6价，化合价升降最小公倍数为12，故C的系数为3，K2Cr2O7系数为2，再根据原子守恒配平，可知缺项为H2SO4，配平后方程式为：3C+2K2Cr2O7+8 H2SO4=2CO2↑+2K2SO4+2Cr2（SO4）3+8H2O，其中氧化剂是K2Cr2O7，氧化产物是CO2，
故答案为：3、2、8 H2SO4=3、2、2、8；K2Cr2O7；CO2；
所含元素化合价降低的反应物为氧化剂，所含元素化合价升高反应物为还原剂，还原剂发生氧化反应生成氧化产物；
（2）①由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，而升高温度平衡向吸热反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0
故答案为：＜；
②某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中，充分反应 10min后，达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则：
             CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
起始量（mol/L）：1      3         0
变化量（mol/L）：0.8   1.6       0.8
平衡量（mol/L）：0.2    1.4       0.8
平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.401，故温度为250℃，
故答案为：250℃；
③随反应进行，反应物浓度降低、生成物浓度增大，②中求得温度下CO、H2和 CH30H的浓度随时间变化的曲线为：，
故答案为：；
（3）发生反应：CO2+3H2=CH3OH+H2O，1mol二氧化碳反应放出的热量为495kJ×$\frac{1mol×44g/mol}{440g}$=49.5kJ，故反应热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.5KJ•mol-1，
故答案为：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.5KJ•mol-1；
（4）以CH3OH为燃料（ KOH 溶液作电解质溶液）可制成CH3OH燃料电池，甲醇发生氧化反应，在负极充入，氧气发生还原反应，获得电子，碱性条件下生成氢氧根离子，电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，
故答案为：氟；O2+4e-+2H2O=4OH-．

点评 本题考查平衡常数计算及影响因素、氧化还原反应配平、热化学方程式书写、原电池等，题目比较综合，较好的考查学生分析计算能力，难度中等．

练习册系列答案
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12．某银白色固体A暴露在空气中会被氧化成白色固体B，点燃A，火焰呈黄色，生成淡黄色固体C．A、B、C均可以跟无色液体D反应，生成碱性物质E，其中A跟D反应时还会生成可燃性气体F，C跟D反应时则可以生成另一种气体G．
（1）写出下列物质的化学式：BNa2O；ENaOH
（2）写出下列方程式：
点燃A的方程式：2Na+O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Na2O2
A与D反应的方程式：2Na+2H2O2NaOH+H2↑
C与D反应的方程式：2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑．
9．Cu2S是火法炼铜的重要原料之一，下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4•5H2O的流程图：
Cu2S$→_{△}^{O_{2}}$Cu$\stackrel{焙烧}{→}$Cu2O、CuO$\stackrel{足量稀硫酸}{→}$A$\stackrel{操作Ⅰ}{→}$B$\stackrel{蒸发结晶过滤}{→}$胆矾
（1）Cu2S中铜元素的化合价为+1，火法炼铜的反应原理是Cu2S+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+SO2（用化学方程式表示）．
（2）若将A中红色物质反应掉，操作Ⅰ中加入的试剂最好是C．
A．适量的NaNO3               B．适量的 HNO3                C．适量的H2O2
（3）若B溶液的体积为0.2L，电解B溶液一段时间后溶液的pH由5变为1（体积变化忽略不计），此时电解过程中转移电子的物质的量是0.02mol．
（4）Cu、Cu2O、CuO混合物中加入1L0.5mol/LHNO3恰好使混合物溶解，同时收集到2240mLNO（标准状况）．若将上述混合物用足量的氢气还原，所得固体的质量为12.8g
（5）取5.0g胆矾样品逐渐升高温度使其分解，分解过程的热重曲线如图所示，258℃时发生反应的化学方程式：CuSO4•H2O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+H2O，e点对应物质的化学式为Cu2O（计算过程略去）．
6．亚氯酸钠（NaClO2）是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌．以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

已知：①NaClO2的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO2•3H2O．
②纯ClO2易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下安全．
③160g/L NaOH溶液是指160gNaOH固体溶于水所得溶液的体积为1L．
（1）发生器中鼓入空气的作用可能是b（选填序号）；
a．将SO2氧化成SO3，增强酸性；  b．稀释ClO2以防止爆炸； c．将NaClO3氧化成ClO2
（2）写出发生器中反应的反应方程式2NaClO3+SO2=2ClO2+Na2SO4．
（3）吸收装置内发生反应的化学方程式为：2NaOH+2ClO2+H2O2=2NaClO2+2H2O+O2；吸收装置中的温度不能过高，其原因是防止双氧水分解
（4）吸收塔中为防止NaClO2被还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中．除H2O2外，还可以选择的还原剂是a（选填序号）；
a．Na2O2                   b．Na2S                     c．FeCl2
（5）从滤液中得到NaClO2•3H2O粗晶体的实验操作依次是bde（选填序号）；
a．蒸馏       b．蒸发      c．灼烧        d．过滤      e．冷却结晶．
13．（1）实验室制取乙炔的化学方程式为CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑；实验产生的气体中有一种有很难闻的气味，常用某蓝色溶液除去该气体，产生黑色沉淀，写出该过程的离子反应方程式：Cu2++H2S═CuS↓+2H+．
（2）已知炔烃具有一定的酸性，可以与活泼金属，如钠或氨基钠反应，生成炔负离子．
CHCH+NaNH2-→CHCNa+NH3 炔负离子可以与卤代烃发生如下反应：R′C≡CNa+R-X→R′C≡CR+NaX（R为烃基，X为卤原子）根据所提供的信息，以乙炔为原料（无机试剂任选），设计最简单的方案合成1，1，2，2，3，4-六氯丁烷（用化学方程式表示，反应条件可不写）HCCH+NaNH2→CHCNa+NH3、HCCH+HCl→H2CCHCl、HCCNa+H2CCHCl→CHCCHCH2+NaCl、CHCCHCH2+3Cl2→CHClClCClClCHClCH2Cl．
3．对氮、碳及其化合物的研究具有重要意义．
（1）用肼（N2H4）为燃料，四氧化二氮做氧化剂，两者反应生成氮气和气态水．
已知：N2（g）+2O2（g）=N2O4（g）△H1   K1
N2H4（g）+O2（g）=N2（g）+2H2O（g）△H2   K2
则2N2H4（g）+N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）△H=2△H2-△H1 （用△H1、△H2表示），该反应的化学平衡常数K=$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$（用K1、K2表示）
（2）汽车尾气转化反应：NO+CO→N2+CO2（未配平），将NO和CO转化为和N2 和CO2，实现除污，每生成1molN2还原剂失去电子数为4×6.02×1023．
（3）大气污染物氮氧化物可以用活性炭还原法处理．某研究小组向某2L的密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应C（s）+2NO（g）?N2（g）+CO2 （g）．在T1℃时，反应进行到不同时间测得各物质的物质的量如下：
时间（min）
物质的量（mol）		01020304050
NO2.001.160.800.800.960.96
N200.420.600.600.720.72
CO200.420.600.600.720.72
①0～10min内，NO的平均反应速率v（NO）=0.042mol/（L．min）；T1℃时，该反应的平衡常数K=$\frac{9}{16}$．
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是b（填字母编号）．
a．加入一定量的活性炭    b．通入一定量的NO c．恒容时，充入一定量的氦气   d．加入合适的催化剂
（4）氨燃料电池使用的电解质溶液是2mol•L-1的KOH溶液，电池反应为：4NH3+3O2=2N2+6H2O．放电时，该电池正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-．
（5）实验室中用NaOH溶液吸收CO2，发生反应为2CO2+3NaOH=Na2CO3+NaHCO3+H2O．所得混合液中所有离子浓度由大到小的顺序为c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）．
10．阿司匹林可由水杨酸与乙酸酐作用制得．其制备原理如下：
主反应：
副反应：

已知：
①水杨酸可溶于水，乙酰水杨酸的钠盐易溶于水，聚水杨酸（固体）难溶于水；
②阿司匹林，白色针状或板状结晶或粉末，微溶于水；
阿司匹林可按如下步骤制取和纯化：
步骤1：在干燥的50mL圆底烧瓶中加入2g水杨酸、5mL乙酸酐和5滴浓硫酸，振荡使水杨酸全部溶解；
步骤2：按图所示装置装配好仪器，通水，在水浴上加热5～10min，用电炉控制温度在85～90℃；
步骤3：反应结束后，取下反应瓶，冷却，再放入冰水中冷却、结晶、过滤、冷水洗涤2～3次，继续过滤得粗产物；
步骤4：将粗产物转移至150mL烧杯中，在搅拌下加入25mL饱和碳酸氢钠溶液，充分搅拌，然后过滤；
步骤5：将滤液倒入10mL 4mol/L盐酸溶液，搅拌，将烧杯置于冰浴中冷却，使结晶完全．过滤，再用冷水洗涤2～3次．
（1）主反应中，生成物中化合物A是乙酸（CH3COOH）；
（2）步骤2中组装仪器还需要一种玻璃仪器，名称是温度计，该仪器的位置如何摆放？温度计的水银球浸在水浴中，但不触及容器底部；冷凝管的作用是冷凝回流，冷凝管通水，水应从b（填“a”或“b”）口进．
（3）步骤4过滤得到的固体为聚水杨酸；
（4）经过步骤5得到产物，发生反应的化学方程式为；
（5）最后得到的阿司匹林可能会有少量未反应的水杨酸．如何用实验的方法检验步骤5中得到的晶体是否含有水杨酸？取少量步骤5获得的晶体于试管中，加入适量的水溶解，再加入1～2滴三氯化铁溶液，若溶液变紫色，则有水杨酸，若溶液没有变紫色，则没有水杨酸．若阿司匹林晶体含有水杨酸，还需要采用重结晶方法，进一步纯化晶体．
7．已知下列数据：
物   质2，4，6
熔点/℃		沸点/℃密度/g•cm-3
乙   醇-114780.789
乙   酸16.6117.91.05
乙酸乙酯-83.677.50.900
浓H2SO43381.84

实验室制乙酸乙酯的主要装置如上图I所示，主要步骤为：
①在30mL的大试管中按体积比1：4：4的比例配制浓硫酸、乙醇和乙酸的混合液；
②按照图I连接装置，使产生的蒸气经导管通到15mL试管所盛饱和Na2CO3溶液（加入1滴酚酞试液）上方2mm～3mm处，
③小火加热试管中的混合液；
④待小试管中收集约4mL产物时停止加热，撤出小试管并用力振荡，然后静置待其分层；
⑤分离出纯净的乙酸乙酯．
请同学们回答下列问题：
（1）步骤①中，配制这一比例的混合液的操作是先加乙酸和乙醇各4mL，再缓缓加入1mL浓H2SO4，边加边振荡．
（2）写出该反应的化学方程式CH3COOH+CH3CH2OH$?_{△}^{浓硫酸}$CH3COOC2H5+H2O，浓H2SO4的作用是催化剂、吸水剂．
（3）步骤③中，用小火加热试管中的混合液，其原因与结论乙酸、乙醇、乙酸乙酯沸点接近且较低，大火加热，反应物大量蒸发损失．
（4）步骤④所观察到的现象是在浅红色Na2CO3溶液上层有约4cm厚的无色液体，振荡后Na2CO3溶液层红色变浅，有气泡，上层液体变薄，原因是上层是油层因为生成的乙酸乙酯难溶于水，且密度比水小，同时因为挥发出来的乙酸与碳酸钠反应，放出CO2气体，所以有气泡出现．
（5）步骤⑤中，分离出乙酸乙酯选用的仪器是分液漏斗，产物应从上口倒出，因为乙酸乙酯比水密度小．
（6）为提高乙酸乙酯的产率，甲、乙两位同学分别设计了如图Ⅱ甲、乙的装置（乙同学待反应完毕冷却后再用饱和Na2CO3溶液提取烧瓶中产物）．你认为哪种装置合理，为什么？
答：乙，反应物能冷凝回流．
8．下列有机物中，核磁共振氢谱中出现三组峰，且峰面积之比为：2：2：1的是（　　）
A．CH3CH2CH2OHB．CH3OCH3C．CH2=CH-CH3D．一氯苯

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