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)．
甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實驗室走向工業(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．如圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時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：
ⅰ）在上述三種溫度中，曲線Z對應(yīng)的溫度是

 

ⅱ）利用圖中a點對應(yīng)的數(shù)據(jù)，計算出曲線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時達到平衡，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

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：①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�。└鶕�(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小判斷；
ⅱ）根據(jù)K=

c(CH3OH)

c(CO)．c2(H2)

計算；
③根據(jù)5min和10min時各物質(zhì)濃度的變化來確定改變條件．

解答： 解：①根據(jù)反應(yīng)①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ?mol^-1，
②CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1，
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：①-②-③×2得：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1，
故答案是：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1；
②�。└鶕�(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，所以曲線Z為270℃，
故答案為：270℃；
ⅱ）起始時CO的物質(zhì)的量為1mol，根據(jù)氫氣和一氧化碳的物質(zhì)的量之比知，氫氣的物質(zhì)的量為1.5mol，
一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，所以參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量是0.5mol，氫氣參加反應(yīng)的物質(zhì)的量是1mol，剩余氫氣的物質(zhì)的量是0.5mol，剩余CO的物質(zhì)的量是0.5mol，生成甲醇的物質(zhì)的量是0.5mol，
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始/mol         1       1.5         0
轉(zhuǎn)化/mol         0.5     1          0.5
平衡/mol         0.5       0.5       0.5
平衡濃度/mol/L   0.5      0.5        0.5
K=

0.5

0.5×(0.5)2

L²/mol²=4L²/mol²，
故答案為：4 L²/mol²；
③反應(yīng)達到平衡時，根據(jù)反應(yīng)方程式知各物理量之間的關(guān)系式知，c（CO）=0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L，
C（H₂）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，10min時，c（CO）減小，c（H₂）增大，c（CH₃OH）增大，
則平衡向正反應(yīng)方向移動，但氫氣濃度增大，所以改變的物理量是增大了氫氣的濃度，氫氣濃度增大了0.2mol/L-0.12mol/L+0.02mol/L=0.1mol/L，
故答案為：增大H₂的濃度；增大了0.1 mol?L^-1．

點評：本題考查了化學(xué)平衡移動原理、蓋斯定律等知識點，難點化學(xué)平衡移動的分析，要結(jié)合濃度該變量來確定改變條件，難度中等．