题目内容
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:
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 。
(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 。
(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
(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
(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。
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