Question

9．納米級(jí)Cu₂O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注
（1）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157mol^-1
用炭粉在高溫條件下還原CuO的方法制得納米級(jí)Cu₂O的熱化學(xué)方程式為C（s）+2CuO（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1．
（2）采用離子交換膜控制電解液中OH^-的濃度也可以制備納米級(jí)Cu₂O裝置如圖所示：

為保證電解能持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，若電解槽中的離子交換膜只允許一種離子通過(guò)，則該交換膜應(yīng)為OH^-（填“Na⁺”或“H⁺”或“OH^-”）離子交換膜，該電池的陽(yáng)極反應(yīng)式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
（3）用Cu₂O做催化劑，工業(yè)上在一定條件一下，可以用一氧化碳與氫氣反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）

①根據(jù)甲圖計(jì)算從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，v（H₂）=0.15mol/（L•min）．
②乙圖表示該反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中能量變化，請(qǐng)?jiān)谝覉D中畫(huà)出用Cu₂O作催化劑時(shí)“反應(yīng)過(guò)程-能量”示意圖．
③溫度升高，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“不變”或“減小”）．
④T℃時(shí)，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.2mol•L^-1，此反應(yīng)在該溫度下的平衡常數(shù)為2（保留一位有效數(shù)字），此時(shí)若向該容器中加入4molCO、3molH₂、1molCH₃OH，開(kāi)始時(shí)，v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
⑤在容積均為1L的a、b、c、d、e五個(gè)密閉容器中都分別充入1molCO和2molH₂的混合氣體，控溫．圖丙表示五個(gè)密閉容器溫度分別為T(mén)₁～T₅，反應(yīng)均進(jìn)行到5mim時(shí)甲醇的體積分?jǐn)?shù)，要使容器c中的甲醇體積分?jǐn)?shù)減少，可采取的措施有升溫或減小壓強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)方法來(lái)書(shū)寫(xiě)；
（2）采用離子交換膜控制電解液中OH^-的濃度，則只有使用陰離子交換膜才能控制氫氧根離子濃度，在電解池的陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CH₃OH），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
②使用催化劑能改變反應(yīng)途徑，但不影響平衡移動(dòng)；
③根據(jù)溫度對(duì)平衡的影響，判斷K的變化；
④利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，再根據(jù)k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算；K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，結(jié)合平衡濃度計(jì)算K，結(jié)合Qc與K判定平衡移動(dòng)的方向，進(jìn)而確定開(kāi)始時(shí)，v（正）、v（逆）的大��；
⑤根據(jù)外界條件對(duì)平衡的影響分析可知．

解答 解：（1）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
③2Cu（s）+O₂（g）═CuO（s）△H=-314kJ•mol^-1
用炭粉在高溫條件下還原CuO制取Cu₂O和CO的化學(xué)方程式為C（s）+2CuO （s）=Cu（s）+CO（g），
該反應(yīng)可以是②-③-$\frac{1}{2}$×①，反應(yīng)的焓變是-110.5kJ•mol^-1-（-314kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-169kJ•mol^-1）=34.5kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+2CuO（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1；
（2）采用離子交換膜控制電解液中OH^-的濃度，則只有使用陰離子交換膜才能控制氫氧根離子濃度；在電解池中，當(dāng)陽(yáng)極是活潑電極時(shí)，該電機(jī)本身發(fā)生失電子得還原反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，金屬銅失去電子的電極反應(yīng)為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案為：OH^-；2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（3）①v（CH₃OH）=$\frac{0.075mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（H₂）=2v（CH₃OH）=0.15mol/（L•min），
故答案為：0.15mol/（L•min）；
②使用催化劑能降低反應(yīng)需要的活化能從而改變反應(yīng)途徑，但不影響平衡移動(dòng)，所以在乙圖中畫(huà)出用Cu₂O作催化劑時(shí)“反應(yīng)過(guò)程-能量”示意圖為：

故答案為：
③由丙圖可知，T₃后為平衡的升溫，升高溫度時(shí)甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，所以，平衡逆移，所以K減小，
故答案為：減小．
④2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，CO、H₂的起始濃度分別為$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.2 mol/L，CO濃度變化為1mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，則：
                      CO（g）+2H₂（g）?CH₃0H（g）
開(kāi)始（mol/L）：1          3                    0
變化（mol/L）：0.8      1.6                 0.8
平衡（mol/L）：0.2       1.4                 0.8
故該溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)k=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2，
若向該容器中加入4molCO、3molH₂、1molCH₃OH，
Qc=$\frac{1}{4×{3}^{2}}$=0.0277＜2，平衡正向移動(dòng)，v（正）＞v（逆）
故答案為：2；＞；
⑤因反應(yīng)是放熱反應(yīng)和氣體體積減小的反應(yīng)，可采取升溫或減小壓強(qiáng)可使甲醇體積分?jǐn)?shù)減少，
故答案為：升溫或減小壓強(qiáng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化曲線，涉及化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡、平衡常數(shù)的計(jì)算，難度中等，注意對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的全面掌握．