Question

（16分）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�？捎醚趸瘹饣�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＝－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和水蒸氣時的熱化學方程為 ；

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

（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（3分）

②�。�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】

試題分析：

（1）從____C+____K2Cr2O7 + ==___CO2↑+ ____K2SO4 + ____Cr2（SO4）3+ ____H2O式用原子守恒法分析，所缺的物質(zhì)當屬H2SO4，先標出變價元素的化合價，利用電子得失相等進行配平，最后利用原子守恒將其它物質(zhì)配平即可；在有元素化合價下降的反應物都為氧化劑，含有化合價升高的元素的生成物都是氧化產(chǎn)物，從化合價角度判斷。

（2）①先寫出甲醇燃燒的方程式，標明各物質(zhì)的狀態(tài)，利用蓋斯定律求得焓變。

�。└鶕�(jù)甲醇的合成方程式，其為放熱反應，所以溫度高不利于一氧化碳的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率低的溫度較高，所以Z線為270℃

ⅱ） 由坐標中讀出CO的轉(zhuǎn)化率為50%，n(H2)/n(CO)=1.5,可設n(CO)=amol,則n(H2)=1.5amol

依題意得，體積為1L CO（g） + 2H2（g） CH3OH（g）

起始： a mol/L 1.5a mol/L 0

變化： 0.5 mol/L a mol/L 0.5 mol/L

平衡： 0.5 mol/L 0.5 mol/L 0.5 mol/L

K= c(CH3OH)/c(CO)·c2(H2)= 0.5 mol/L÷0.5 mol/L÷（0.5 mol/L）2=4L2/mol2

③由題意中提示“只改變了一個條件”，結(jié)合起始量和10min時達到平衡的各物質(zhì)的量，可知，H2的物質(zhì)的量還是0.2mol ,可知改變的量當為增加了H2的物質(zhì)的量，而增加了多少則要從10min時的恢復至起始狀態(tài)

依題意得 CO（g） + 2H2（g） CH3OH（g）

起始： 0.1 mol/L 0.3 mol/L 0

變化：

平衡： 0.05 mol/L 0.2mol/L 0.05 mol/L

則起始的氫氣濃度當為 0.3 mol/L，對比之前的濃度，所以增加的氫氣的量為0.1 mol?L-1

考點：氧化還原反應配平，熱化學反應方程式的書寫，化學平衡常數(shù)計算。