Question

研究碳及其化合物的綜合利用對促進(jìn)低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義。請運(yùn)用相關(guān)知識研究碳及其化合物的性質(zhì)。

（1）近年來，我國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(xué)方程式為：

   C+   K₂Cr₂O₇+         —      CO₂↑+    K₂SO₄ +    Cr₂(SO₄)₃+   H₂O

①完成并配平上述化學(xué)方程式。

②在上述方程式上用單線橋標(biāo)出該反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移的方向與數(shù)目。

（2）高溫時，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO。

①750℃時，測得氣體中含等物質(zhì)的量SO₂和SO₃，此時反應(yīng)的化學(xué)方程式是                   。

②由MgO可制成“鎂－次氯酸鹽”電池，其裝置示意圖如圖1，該電池反應(yīng)的離子方程式為           。

     　     

圖1                  圖2                  圖3

（3）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)  △H

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝                 。

②取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體(物質(zhì)的量之比均為1∶3)，分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH₃OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖2所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H       0(填“>”“<”或“＝”)。

③在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)，測得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖3所示，曲線I、II對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ      K_II(填“＞” “＜”或“＝”)。

Answer 1

【答案】（1）①3  2  8  H₂SO₄  3  2  2  8 （2分）

②（1分）

（2）①2MgSO₄ + CO2MgO + SO₂ + CO₂ + SO₃（3分）

②Mg + ClO^- + H₂O＝Cl^- + Mg(OH)₂（3分）

（3）①K＝ （2分）    ②＜ （2分）   ③＞ （2分）

【解析】

試題分析：（1）①根據(jù)反應(yīng)式可知，反應(yīng)中碳元素的化合價從0價升高到＋4價，失去4個電子，碳是還原劑。Cr元素的化合價從＋6價降低到＋3價，得到3個電子，K₂Cr₂O₇是氧化劑。根據(jù)電子得失守恒可知，還原劑碳與氧化劑K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量之比是3:2。根據(jù)原子守恒可知，反應(yīng)前還有硫酸參加，因此配平后的方程式為3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄＝3CO₂↑+2K₂SO₄ +2Cr₂(SO₄)₃+8H₂O。

②根據(jù)①可知，用單線橋標(biāo)出該反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移的方向與數(shù)目為。

（2）①用CO還原MgSO₄，在750℃時，測得氣體中含等物質(zhì)的量SO₂和SO₃，其中S元素的化合價從＋6價降低到＋4價，得到2個電子，所以根據(jù)電子得失守恒可知，CO的氧化產(chǎn)物是CO₂，且與SO₂的物質(zhì)的量相等，因此此時反應(yīng)的化學(xué)方程式是2MgSO₄ + CO2MgO + SO₂ + CO₂ + SO₃。

②根據(jù)圖1可知，鎂是負(fù)極失去電子轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂。次氯酸鹽在正極得到電子，被還原為氯離子，所以該電池的總反應(yīng)離子方程式為Mg + ClO^- + H₂O＝Cl^- + Mg(OH)₂。

（3）①化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)方程式可知該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝。

②根據(jù)圖2可知，在甲醇的含量達(dá)到最大值后，如果升高溫度，甲醇的含量反而降低，這說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，因此正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0。

③根據(jù)圖3可知，曲線Ⅱ首先達(dá)到平衡狀態(tài)，這說明曲線Ⅱ的反應(yīng)速率快。但曲線Ⅱ?qū)��?yīng)的甲醇物質(zhì)的量小于曲線I對應(yīng)的甲醇的物質(zhì)的量。由于該反應(yīng)是體積減小的放熱的可逆反應(yīng)，所以反應(yīng)條件應(yīng)該是升高溫度，促使平衡向逆反應(yīng)方向移動，因此平衡常數(shù)減小，即K_Ⅰ＞K_II。

考點(diǎn)：考查氧化還原反應(yīng)配平、表示；原電池判斷；平衡常數(shù)以及外界條件對平衡狀態(tài)的影響