Question

碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應用非常廣泛，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，請運用化學反應原理的相關(guān)知識研究碳及其化合物的性質(zhì)．
（1）近年來，我國儲氫納米碳管研究取得重大進展，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)），這種碳納米顆粒可用氧化氣化法提純，其反應化學方程式為：

 

C+

 

K₂Cr₂O₇+

 

═

 

CO₂↑+

 

K₂SO₄+

 

Cr₂（SO₄）₃+

 

H₂O
請完成并配平上述化學方程式．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，該反應的熱化學方程式為：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對應的溫度是

 

ⅱ）利用圖中a點對應的數(shù)據(jù)，計算出曲線Z在對應溫度下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

分析：（1）反應中C元素的化合價由0升高為+4價，Cr元素的化合價由+6價降低為+3價，結(jié)合質(zhì)量守恒定律以此配平；
得電子化合價降低的反應物是氧化劑，失電子化合價升高的反應物是還原劑，還原劑對應的產(chǎn)物是氧化產(chǎn)物；
（2）①根據(jù)蓋斯定律和題中熱化學方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學方程式；
②根據(jù)K=

c(CH3OH)

c(CO)．c2(H2)

；
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）反應中C元素的化合價由0升高為+4價，Cr元素的化合價由+6價降低為+3價，由電子守恒可知，C的化學計量數(shù)為3，K₂Cr₂O₇的化學計量數(shù)為2，由質(zhì)量守恒定律可知，配平后的化學反應為3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CO₂+2K₂SO₄+2Cr₂（SO₄）₃+8H₂O，Cr元素的化合價降低，則K₂Cr₂O₇為氧化劑，C元素的化合價升高，則CO₂為氧化產(chǎn)物，
故答案為：3；2；8H₂SO₄；3；2；2；8；K₂Cr₂O₇；CO₂；   
（2）①根據(jù)反應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)該反應為放熱反應，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)的量均為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%，所以參加反應的CO的物質(zhì)的量是0.5mol，氫氣參加反應的物質(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，c（CO）=n（H₂）=n（CH₃OH）=0.5mol/L，K=

0.5

0.5×(0.5)2

L²/mol²=4L²/mol²，
故答案為：4 L²/mol²；
③反應達到平衡時，根據(jù)反應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：本題考查了化學平衡移動原理、蓋斯定律、氧化還原反應的配平等知識點，氧化還原反應根據(jù)得失電子相等進行配平即可，難點化學平衡移動的分析，要結(jié)合濃度該變量來確定改變條件，難度中等．