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．
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=-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
则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO₂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．如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

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,转化率随温度、压强的变化曲线,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：①根据盖斯定律和题中热化学方程式写出甲醇完全燃烧生成二氧化碳的热化学方程式；
②ⅰ）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小判断；
ⅱ）根据K=

c(CH3OH)

c(CO)．c2(H2)

计算；
③根据5min和10min时各物质浓度的变化来确定改变条件．

解答： 解：①根据反应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，
根据盖斯定律：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）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线Z为270℃，
故答案为：270℃；
ⅱ）起始时CO的物质的量为1mol，根据氢气和一氧化碳的物质的量之比知，氢气的物质的量为1.5mol，
一氧化碳的转化率为50%，所以参加反应的CO的物质的量是0.5mol，氢气参加反应的物质的量是1mol，剩余氢气的物质的量是0.5mol，剩余CO的物质的量是0.5mol，生成甲醇的物质的量是0.5mol，
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始/mol         1       1.5         0
转化/mol         0.5     1          0.5
平衡/mol         0.5       0.5       0.5
平衡浓度/mol/L   0.5      0.5        0.5
K=

0.5

0.5×(0.5)2

L²/mol²=4L²/mol²，
故答案为：4 L²/mol²；
③反应达到平衡时，根据反应方程式知各物理量之间的关系式知，c（CO）=0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L，
C（H₂）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，10min时，c（CO）减小，c（H₂）增大，c（CH₃OH）增大，
则平衡向正反应方向移动，但氢气浓度增大，所以改变的物理量是增大了氢气的浓度，氢气浓度增大了0.2mol/L-0.12mol/L+0.02mol/L=0.1mol/L，
故答案为：增大H₂的浓度；增大了0.1 mol?L^-1．

点评：本题考查了化学平衡移动原理、盖斯定律等知识点，难点化学平衡移动的分析，要结合浓度该变量来确定改变条件，难度中等．