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(yùn)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)．
（1）近年來，我國儲氫納米碳管研究取得重大進(jìn)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(yīng)化學(xué)方程式為：

 

C+

 

K₂Cr₂O₇+

 

═

 

CO₂↑+

 

K₂SO₄+

 

Cr₂（SO₄）₃+

 

H₂O
請完成并配平上述化學(xué)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(shí)驗(yàn)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：
�。┰谏鲜鋈�種溫度中，曲線Z對應(yīng)的溫度是

 

ⅱ）利用圖中a點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)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(dá)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(yīng)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(yīng)物是氧化劑，失電子化合價升高的反應(yīng)物是還原劑，還原劑對應(yīng)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(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(yīng)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(xué)計(jì)量數(shù)為3，K₂Cr₂O₇的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2，由質(zhì)量守恒定律可知，配平后的化學(xué)反應(yīng)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(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；
②ⅰ）根據(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(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，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(yīng)達(dá)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(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡移動原理、蓋斯定律、氧化還原反應(yīng)的配平等知識點(diǎn)，氧化還原反應(yīng)根據(jù)得失電子相等進(jìn)行配平即可，難點(diǎn)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．