Question

歐盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排稅以應(yīng)對(duì)冰川融化和全球變暖，使得對(duì)如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用碳資源的研究顯得更加緊迫．請(qǐng)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識(shí)研究碳及其化合物的性質(zhì)．
（1）甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實(shí)驗(yàn)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(xué)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(shí)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(qiáng)                          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(shí)的熱化學(xué)方程式為

 

；
（2）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．下圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．
請(qǐng)回答：
①在上述三種溫度中，曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是

 

；
②利用圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出曲線Z在對(duì)應(yīng)溫度下CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g） 的平衡常數(shù)K=

 

．
（3）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為7×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

mol/L．

Answer 1

考點(diǎn)：產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時(shí)間的變化曲線,熱化學(xué)方程式,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據(jù)平衡移動(dòng)原理進(jìn)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(xué)方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學(xué)方程式；
（2）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(dá)式和一氧化碳的轉(zhuǎn)化率求算；
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為7×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=7×10^-4mol/L，根據(jù)K_sp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計(jì)算沉淀時(shí)混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答： 解：（1）①A、隨時(shí)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(cuò)誤；
B、溫度降低，反應(yīng)速率變小，故B錯(cuò)誤；
C、壓強(qiáng)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；
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1①，
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；
（2）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(duì)應(yīng)的溫度是270℃，故答案是：270℃；
②a點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)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，
則K=

0.5

0.5×(0.5)2

=4L²?mol^-2，
故答案是：4L²?mol^-2；
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為7×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×7×10^-4mol/L=3.5×10^-4mol/L，
根據(jù)K_sp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，
c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

3.5×10-4

mol/L=0.8×10^-5mol/L，
原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，
故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×0.8×10^-5mol/L=1.6×10^-5mol/L，
故答案為：1.6×10^-5mol/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較綜合，涉及轉(zhuǎn)化率與圖象分析計(jì)算、反應(yīng)熱的計(jì)算、溶度積的計(jì)算等，均為高考常考考點(diǎn)，側(cè)重分析、應(yīng)用、計(jì)算能力的綜合考查，題目難度中等．