Question

碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是理想，更是一種值得期待的新的生活方式，請運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識研究碳及其化合物的性質(zhì)。

（1）近年來，我國儲(chǔ)氫納米碳管研究取得重大進(jìn)展，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�？捎醚趸瘹饣�法提純，其反應(yīng)化學(xué)方程式為：

____C+____K₂Cr₂O₇ +       =___CO₂↑+ ____K₂SO₄ + ____Cr₂（SO₄）₃+ ____H₂O  

請完成并配平上述化學(xué)方程式。

其中氧化劑是________________，氧化產(chǎn)物是_________________

（2）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=－116 kJ·mol^－1

①已知：     △H₂=－283 kJ·mol^－1

              △H₃=－242 kJ·mol^－1

則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO ₂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℃     

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。

請回答:

�。┰谏鲜鋈�種溫度中，曲線Z對應(yīng)的溫度是                 。

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

③在某溫度下，將一定量的CO和H₂投入10L的密閉容器中，5min時(shí)達(dá)到平衡，各物質(zhì)的物質(zhì)的濃度(mol•L^－1)變化如下表所示：

	0min	5min	10min
CO	0.1		0.05
H2	0.2		0.2
CH3OH	0	0.04	0.05

 

若5min～10min只改變了某一條件，所改變的條件是                         ；    且該條件所改變的量是               。

 

Answer 1

【答案】

（15分）

（1）3   2   8  H₂SO₄   3   2   2   8 （3分，填上H₂SO₄1分，配平2分。）

K₂Cr₂O₇（1分），CO₂（1分）

（2）①CH₃OH(g)+3/2O₂(g)= CO₂(g)+ 2H₂O(g)  △H=－651kJ·mol^－1（2分）

②i）270℃（2分）   ii） 4 L² /mol²（2分，沒單位不扣分）

③增大H₂的濃度（2分）；增大了0.1 mol•L^－1（2分

【解析】（1）碳由0價(jià)升為+4價(jià)，鉻由+6價(jià)降為+3價(jià)，則碳單質(zhì)是還原劑，CO₂是氧化產(chǎn)物，K₂Cr₂O₇是氧化劑，Cr₂(SO₄)₃是還原產(chǎn)物，根據(jù)最小公倍數(shù)法可以確定C、K₂Cr₂O₇的系數(shù)分別為3、2，則CO₂、Cr₂(SO₄)₃的系數(shù)分別為3、2；根據(jù)鉀原子守恒可知，生成物K₂SO₄的系數(shù)為2，根據(jù)硫原子守恒可知，缺少的反應(yīng)物是H₂SO₄，且硫酸的系數(shù)為8，根據(jù)氫或氧原子守恒可知，生成物H₂O的系數(shù)為8，即3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CO₂↑+2K₂SO₄+2Cr₂(SO₄)₃+8H₂O；（2）①已知3個(gè)熱化學(xué)方程式依次編號為①②③，根據(jù)蓋斯定律，將③×2+②—①約去CO(g)后可以得到：CH₃OH(g)+O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，則該反應(yīng)的焓變=[(—242)×2+( —283) —(—116)]kJ•mol^－1=—651 kJ•mol^－1；②i)合成甲醇是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡左移，CO的轉(zhuǎn)化率減小，溫度越高，平衡越向左移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率越低，則圖中曲線Z對應(yīng)溫度為270℃，Y對應(yīng)溫度為250℃，X對應(yīng)溫度為230℃；ii)起始時(shí)n(CO)=1mol，圖中n(H₂)/n(CO)=1.5，則n(H₂)=1.5mol；CO的平衡轉(zhuǎn)化率=50%，則△n(CO)=0.5mol，根據(jù)變化物質(zhì)的量之比等于系數(shù)之比可知，△n(H₂)=1.0mol，△n(CH₃OH)=0.5mol；平衡時(shí)n(CO)=0.5mol，n(H₂)=0.5mol，n(CH₃OH)=0.5mol；由于V=1L，c=n/V，則c(CO)=0.5mol/L，c(H₂)=0.5mol/L，c(CH₃OH)=0.5mol/L；K===4L²•mol^—2；③5min時(shí)c(CH₃OH)=0.04mol/L，則△c(CH₃OH)=0.04mol/L；根據(jù)系數(shù)之比等于變化濃度之比可知，△c(CO)=0.04mol/L，△c(H₂)=0.08mol/L；根據(jù)兩反應(yīng)物的起始濃度—變化濃度可知，5min時(shí)c(CO)=0.06mol/L，c(H₂)=0.12mol/L；對比5min時(shí)和10min時(shí)各組分的平衡濃度可知，平衡一定向右移動(dòng)，且△c(CO)=0.01mol/L，△c(H₂)=0.02mol/L，△c(CH₃OH)=0.01mol/L，如果是降低溫度或增大壓強(qiáng)，則再次平衡時(shí)c(CO)=0.05mol/L，c(H₂)=0.1mol/L，△c(CH₃OH)=0.05mol/L，但是10min時(shí)c(H₂)=0.2mol/L，說明改變的變量一定是增大氫氣的濃度，且比原平衡時(shí)增大了0.1mol/L。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)原理，主要涉及蓋斯定律的應(yīng)用、熱化學(xué)方程式的書寫、辨別化學(xué)平衡圖像中每條曲線或指定點(diǎn)對應(yīng)的條件、計(jì)算平衡常數(shù)K、影響化學(xué)平衡的因素及規(guī)律等熱點(diǎn)。