Question

【題目】納米級Cu2O由于具有優良的催化性能而受到關注。

(1)已知：①2Cu(s)+1/2O2(g)=Cu2O(s) △H=-169kJ/mol

②C+1/2O2(g)=CO(g) △H=-110.5kJ/mol

③Cu(s)+1/2O2(g)=CuO(s) △H=-157kJ/mol

用炭粉在高溫條件下還原CuO的方法制得納米級Cu2O的熱化學方程式為_______________。

(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Cu2O，裝置如圖所示：

為保證電解能持續穩定進行，若電解槽中的離子交換膜只允許一種離子通過，則該交換膜應為_____ （填“Na+”或“H+”或“OH-”）離子交換膜，該電池的陽極反應式為_______。

（3）用Cu2O做催化劑，工業上在一定條件一下，可以用一氧化碳與氫氣反應合成甲醇：

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

①甲圖是反反應時CO和CH3OH(g)的濃度隨時間變化情況。從反應開始到平衡，用H2濃度變化表示平均反應速率v(H2)=_________。

②乙圖表示該反應進行過程中能量的變化。請在乙圖中畫出用Cu2O作催化劑時“反應過程——能量”示意圖_________。

③溫度升高，該反應的平衡常數K_____（填“增大”、“不變”或“減小”)。

④ 某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L的密閉容器中，充分反應后，達到平衡時測得c(CO)=0.2mol/L，則該反應在該溫度下的平衡常數為_____（保留一位有效數字）。相同溫度下，若向上述2L密閉容器中加入4molCO、3molH2、1molCH3OH，反應開始時，v（正）____v（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）。

⑤ 在容積均為1L的a、b、c、d、e，5個密閉容器中都分別充入1molCO和2molH2的混合氣體，控溫。圖丙表示5個密閉容器溫度分別為T1～T5、反應均進行到5min時甲醇的體積分數，要使容器c中的甲醇體積分數減少，可采取的措施有___________。

⑥ 據研究，反應體系中含少量CO2有利于維持催化劑Cu2O的量不變，原因是_______（用化學方程式表示）。

Answer 1

【答案】 2CuO(s)+C(s) Cu2O(s)+CO(g) △H=+34.5kJ/mol OH- 2Cu-2e-+2OH-=CuO+H2O 0.15mol/(L·min) 減小 2 大于 略 Cu2O+CO=2Cu+CO2

【解析】(1)已知：①2Cu(s)+1/2O2(g)=Cu2O(s) △H=-169kJ/mol，②C+1/2O2(g)=CO(g) △H=-110.5kJ/mol，③Cu(s)+1/2O2(g)=CuO(s) △H=-157kJ/mol，根據蓋斯定律可知①+②－③×2即得到炭粉在高溫條件下還原CuO的方法制得納米級Cu2O的熱化學方程式為2CuO(s)+C(s) Cu2O(s)+CO(g) △H=+34.5kJ/mol。(2)該電池的陽極是銅失去電子，轉化為氧化亞銅，則反應式為2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O。由于陽極消耗氫氧根，所以該交換膜應為OH-離子交換膜。（3）①甲圖中平衡時甲醇是0.75mol/L，則根據方程式可知消耗氫氣是1.5mol/L，所以從反應開始到平衡，用H2濃度變化表示平均反應速率v(H2)=1.5mol/L÷10min＝0.15mol/(L·min)。②催化劑能降低活化能，但反應熱不變，所以示意圖為。③反應物總能量高于生成物總能量，屬于放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向進行，該反應的平衡常數K減小。④

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始濃度（mol/L） 1 3 0

轉化濃度（mol/L） x 2x x

平衡濃度（mol/L） 1－x 3－2x x

則1－x＝0.2，解得x＝0.8，所以該反應在該溫度下的平衡常數為；相同溫度下，若向上述2L密閉容器中加入4molCO、3molH2、1molCH3OH，反應開始時濃度熵為＜2，所以反應向正反應方向進行，即v（正）大于v（逆）。⑤要降低甲醇含量，平衡逆向移動，可采取的措施有升溫或減壓。⑥反應體系中含少量CO2有利于維持催化劑Cu2O的量不變，這說明CO2能與銅反應轉化為氧化亞銅，方程式為Cu2O+CO=2Cu+CO2。