题目内容
（2012?许昌三模）碳及其化合物的研究具有重要的现实意义．
（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：
请完成并配平上述化学方程式．
（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．
下表所列数据是在不同温度下的化学平衡常数（K）
①在一定条件下将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中发生反应，5分钟后测得c（CO）=0.4mol/L，算此段时间的反应速率（用H2表示）
②由表中数据判断上述合成甲醇反应的△H
③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．如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=
④一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳．写出该电池负极发生反应的电极方程式
（3）CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难溶物质，其Ksp=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7×10-4 mol/L，则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为
（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：
3
3
C+2
2
K2Cr2O7+8
8
H2SO4
H2SO4
→3
3
CO2↑+2
2
K2SO4+2
2
Cr2（SO4）3+8
8
H2O请完成并配平上述化学方程式．
（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．
下表所列数据是在不同温度下的化学平衡常数（K）
| 温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
| K | 2.0 | 0.27 | 0.012 |
0.24
0.24
mol/（L?min）；②由表中数据判断上述合成甲醇反应的△H
＜
＜
0（填“＞”、“＜”或“=”）③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．如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
270℃
270℃
；（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=
4L2?mol-2
4L2?mol-2
．④一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳．写出该电池负极发生反应的电极方程式
CH3OH+H2O═CO2+6H++6e-
CH3OH+H2O═CO2+6H++6e-
．（3）CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难溶物质，其Ksp=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7×10-4 mol/L，则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为
1.6×10-5mol/L
1.6×10-5mol/L
．分析：（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）①依据化学反应的三段式列式计算；
②平衡常数随温度变化，温度升高K减小说明温度升高平衡左移，逆向是吸热反应，正向是放热反应；
③（Ⅰ）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线Z为270℃；
（Ⅱ）根据平衡常数表达式和一氧化碳的转化率求算；
④燃料电池中，负极上甲醇失电子发生氧化反应，生成二氧化碳；
（3）Na2CO3溶液的浓度为7×10-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO32-）=7×10-4mol/L，根据Ksp=c（CO32-）?c（Ca2+）计算沉淀时混合溶液中c（Ca2+），原溶液CaCl2溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca2+）的2倍．
（2）①依据化学反应的三段式列式计算；
②平衡常数随温度变化，温度升高K减小说明温度升高平衡左移，逆向是吸热反应，正向是放热反应；
③（Ⅰ）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线Z为270℃；
（Ⅱ）根据平衡常数表达式和一氧化碳的转化率求算；
④燃料电池中，负极上甲醇失电子发生氧化反应，生成二氧化碳；
（3）Na2CO3溶液的浓度为7×10-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO32-）=7×10-4mol/L，根据Ksp=c（CO32-）?c（Ca2+）计算沉淀时混合溶液中c（Ca2+），原溶液CaCl2溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca2+）的2倍．
解答：解：（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，由于产物中有Cr2（SO4）3，所以未知的反应物为H2SO4，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）①依据化学平衡三段式列式得到
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
起始量（mol） 2 6 0
变化量（mol） x 2x x
5分钟量（mol） 2-x 6-2x x
5分钟后测得c（CO）=0.4mol/L，
所以2-x=0.4mol/L×2L，
所以x=1.2mol，
所以△c（H2）=1.2mol/L，
用H2表达的反应速率=
=0.24mol/（L?min），
故答案为：0.24；
②表中数据分析可知随温度升高，平衡常数K减小，说明温度升高，平衡逆向进行，所以正向是放热反应，△H＜0，
故答案为：＜；
③（Ⅰ）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线Z为270℃，
故答案为：270℃；
（Ⅱ）②该反应的平衡常数K=
，初始时CO为2mol，H2为3mol；
a点时，CO转化率50%，反应消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氢气2mol，剩余1molCO，n（H2）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，
a点各组分的浓度是：c（CH3OH）=0.5mol/L，c（CO）=0.5mol/L，c（H2）=0.5mol/L，
带入表达式得：K=
=4L2?mol-2，
故答案是：4L2?mol-2；
④电极上燃料失电子发生氧化反应，该燃料电池的电解质溶液呈酸性，所以负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH3OH-6e-+H2O═CO2+6H+，
故答案为：CH3OH-6e-+H2O═CO2+6H+；
（3）Na2CO3溶液的浓度为7×10-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO32-）=
×7×10-4mol/L=3.5×10-4mol/L，
根据Ksp=c（CO32-）?c（Ca2+）=2.8×10-9可知，
c（Ca2+）=
mol/L=0.8×10-5mol/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2×0.8×10-5mol/L=1.6×10-5mol/L，
故答案为：1.6×10-5mol/L．
故答案为：3；2；8；H2SO4；3；2；2；8；
（2）①依据化学平衡三段式列式得到
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
起始量（mol） 2 6 0
变化量（mol） x 2x x
5分钟量（mol） 2-x 6-2x x
5分钟后测得c（CO）=0.4mol/L，
所以2-x=0.4mol/L×2L，
所以x=1.2mol，
所以△c（H2）=1.2mol/L，
用H2表达的反应速率=
| 1.2mol/L |
| 5min |
故答案为：0.24；
②表中数据分析可知随温度升高，平衡常数K减小，说明温度升高，平衡逆向进行，所以正向是放热反应，△H＜0，
故答案为：＜；
③（Ⅰ）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线Z为270℃，
故答案为：270℃；
（Ⅱ）②该反应的平衡常数K=
| c(CH3OH) |
| c(CO)?c2(H2 ) |
a点时，CO转化率50%，反应消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氢气2mol，剩余1molCO，n（H2）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，
a点各组分的浓度是：c（CH3OH）=0.5mol/L，c（CO）=0.5mol/L，c（H2）=0.5mol/L，
带入表达式得：K=
| 0.5mol?L-1 |
| 0.5mol?L-1×(0.5mol?L-1)2 |
故答案是：4L2?mol-2；
④电极上燃料失电子发生氧化反应，该燃料电池的电解质溶液呈酸性，所以负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH3OH-6e-+H2O═CO2+6H+，
故答案为：CH3OH-6e-+H2O═CO2+6H+；
（3）Na2CO3溶液的浓度为7×10-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO32-）=
| 1 |
| 2 |
根据Ksp=c（CO32-）?c（Ca2+）=2.8×10-9可知，
c（Ca2+）=
| 2.8×10-9 |
| 3.5×10-4 |
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2×0.8×10-5mol/L=1.6×10-5mol/L，
故答案为：1.6×10-5mol/L．
点评：本题考查了氧化还原反应的配平，反应速率的计算，反应平衡常数的计算、原电池原理，溶度积常数的应用，本题难度中等．
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