Question

（16分）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 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）

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】

试题分析：

（1）从____C+____K2Cr2O7 + ==___CO2↑+ ____K2SO4 + ____Cr2（SO4）3+ ____H2O式用原子守恒法分析，所缺的物质当属H2SO4，先标出变价元素的化合价，利用电子得失相等进行配平，最后利用原子守恒将其它物质配平即可；在有元素化合价下降的反应物都为氧化剂，含有化合价升高的元素的生成物都是氧化产物，从化合价角度判断。

（2）①先写出甲醇燃烧的方程式，标明各物质的状态，利用盖斯定律求得焓变。

ⅰ）根据甲醇的合成方程式，其为放热反应，所以温度高不利于一氧化碳的转化，转化率低的温度较高，所以Z线为270℃

ⅱ） 由坐标中读出CO的转化率为50%，n(H2)/n(CO)=1.5,可设n(CO)=amol,则n(H2)=1.5amol

依题意得，体积为1L CO（g） + 2H2（g） CH3OH（g）

起始： a mol/L 1.5a mol/L 0

变化： 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由题意中提示“只改变了一个条件”，结合起始量和10min时达到平衡的各物质的量，可知，H2的物质的量还是0.2mol ,可知改变的量当为增加了H2的物质的量，而增加了多少则要从10min时的恢复至起始状态

依题意得 CO（g） + 2H2（g） CH3OH（g）

起始： 0.1 mol/L 0.3 mol/L 0

变化：

平衡： 0.05 mol/L 0.2mol/L 0.05 mol/L

则起始的氢气浓度当为 0.3 mol/L，对比之前的浓度，所以增加的氢气的量为0.1 mol?L-1

考点：氧化还原反应配平，热化学反应方程式的书写，化学平衡常数计算。