Question

碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是理想，更是一种值得期待的新的生活方式，请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。

（1）近年来，我国储氢纳米碳管研究取得重大进展，用电弧法合成的碳纳米管中常伴有大量碳纳米颗粒（杂质），这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯，其反应化学方程式为：

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

请完成并配平上述化学方程式。

其中氧化剂是________________，氧化产物是_________________

（2）甲醇是一种新型燃料，甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产。工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：

CO（g）+ 2H₂（g） CH₃OH（g）     △H₁=－116 kJ·mol^－1

①已知：     △H₂=－283 kJ·mol^－1

              △H₃=－242 kJ·mol^－1

则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO ₂和水蒸气时的热化学方程式为        ；

②在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃     

270℃三种温度下合成甲醇的规律。下图是上述三种温度下不同的H₂和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系。

请回答:

ⅰ）在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是                 。

ⅱ）利用图中a点对应的数据，计算出曲线Z在对应温度下CO(g)+ 2H₂(g)CH₃OH(g)的平衡常数K=                     。

③在某温度下，将一定量的CO和H₂投入10L的密闭容器中，5min时达到平衡，各物质的物质的浓度(mol•L^－1)变化如下表所示：

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

若5min～10min只改变了某一条件，所改变的条件是                         ；    且该条件所改变的量是               。

Answer

（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，没单位不扣分）

③增大H2的浓度（2分）；增大了0.1 mol•L－1（2分

【解析】（1）碳由0价升为+4价，铬由+6价降为+3价，则碳单质是还原剂，CO2是氧化产物，K2Cr2O7是氧化剂，Cr2(SO4)3是还原产物，根据最小公倍数法可以确定C、K2Cr2O7的系数分别为3、2，则CO2、Cr2(SO4)3的系数分别为3、2；根据钾原子守恒可知，生成物K2SO4的系数为2，根据硫原子守恒可知，缺少的反应物是H2SO4，且硫酸的系数为8，根据氢或氧原子守恒可知，生成物H2O的系数为8，即3C+2K2Cr2O7+8H2SO4=3CO2↑+2K2SO4+2Cr2(SO4)3+8H2O；（2）①已知3个热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，将③×2+②—①约去CO(g)后可以得到：CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)，则该反应的焓变=[(—242)×2+( —283) —(—116)]kJ•mol－1=—651 kJ•mol－1；②i)合成甲醇是放热反应，升高温度平衡左移，CO的转化率减小，温度越高，平衡越向左移动，CO的转化率越低，则图中曲线Z对应温度为270℃，Y对应温度为250℃，X对应温度为230℃；ii)起始时n(CO)=1mol，图中n(H2)/n(CO)=1.5，则n(H2)=1.5mol；CO的平衡转化率=50%，则△n(CO)=0.5mol，根据变化物质的量之比等于系数之比可知，△n(H2)=1.0mol，△n(CH3OH)=0.5mol；平衡时n(CO)=0.5mol，n(H2)=0.5mol，n(CH3OH)=0.5mol；由于V=1L，c=n/V，则c(CO)=0.5mol/L，c(H2)=0.5mol/L，c(CH3OH)=0.5mol/L；K===4L2•mol—2；③5min时c(CH3OH)=0.04mol/L，则△c(CH3OH)=0.04mol/L；根据系数之比等于变化浓度之比可知，△c(CO)=0.04mol/L，△c(H2)=0.08mol/L；根据两反应物的起始浓度—变化浓度可知，5min时c(CO)=0.06mol/L，c(H2)=0.12mol/L；对比5min时和10min时各组分的平衡浓度可知，平衡一定向右移动，且△c(CO)=0.01mol/L，△c(H2)=0.02mol/L，△c(CH3OH)=0.01mol/L，如果是降低温度或增大压强，则再次平衡时c(CO)=0.05mol/L，c(H2)=0.1mol/L，△c(CH3OH)=0.05mol/L，但是10min时c(H2)=0.2mol/L，说明改变的变量一定是增大氢气的浓度，且比原平衡时增大了0.1mol/L。

考点：考查化学反应原理，主要涉及盖斯定律的应用、热化学方程式的书写、辨别化学平衡图像中每条曲线或指定点对应的条件、计算平衡常数K、影响化学平衡的因素及规律等热点。