Question

9．纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注
（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
用炭粉在高温条件下还原CuO的方法制得纳米级Cu₂O的热化学方程式为C（s）+2CuO（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1．
（2）采用离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度也可以制备纳米级Cu₂O装置如图所示：

为保证电解能持续稳定进行，若电解槽中的离子交换膜只允许一种离子通过，则该交换膜应为OH^-（填“Na⁺”或“H⁺”或“OH^-”）离子交换膜，该电池的阳极反应式为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
（3）用Cu₂O做催化剂，工业上在一定条件一下，可以用一氧化碳与氢气反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）

①根据甲图计算从反应开始到平衡，v（H₂）=0.15mol/（L•min）．
②乙图表示该反应进行过程中能量变化，请在乙图中画出用Cu₂O作催化剂时“反应过程-能量”示意图．
③温度升高，该反应的平衡常数K减小（填“增大”、“不变”或“减小”）．
④T℃时，将2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，平衡时测得c（CO）=0.2mol•L^-1，此反应在该温度下的平衡常数为2（保留一位有效数字），此时若向该容器中加入4molCO、3molH₂、1molCH₃OH，开始时，v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
⑤在容积均为1L的a、b、c、d、e五个密闭容器中都分别充入1molCO和2molH₂的混合气体，控温．图丙表示五个密闭容器温度分别为T₁～T₅，反应均进行到5mim时甲醇的体积分数，要使容器c中的甲醇体积分数减少，可采取的措施有升温或减小压强．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律结合热化学方程式的书写方法来书写；
（2）采用离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度，则只有使用阴离子交换膜才能控制氢氧根离子浓度，在电解池的阳极发生失电子的氧化反应；
（3）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₃OH），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
②使用催化剂能改变反应途径，但不影响平衡移动；
③根据温度对平衡的影响，判断K的变化；
④利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，再根据k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算；K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，结合平衡浓度计算K，结合Qc与K判定平衡移动的方向，进而确定开始时，v（正）、v（逆）的大小；
⑤根据外界条件对平衡的影响分析可知．

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
用炭粉在高温条件下还原CuO制取Cu₂O和CO的化学方程式为C（s）+2CuO （s）=Cu（s）+CO（g），
该反应可以是②-③-$\frac{1}{2}$×①，反应的焓变是-110.5kJ•mol^-1-（-314kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-169kJ•mol^-1）=34.5kJ•mol^-1，
故答案为：C（s）+2CuO（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1；
（2）采用离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度，则只有使用阴离子交换膜才能控制氢氧根离子浓度；在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电机本身发生失电子得还原反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案为：OH^-；2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（3）①v（CH₃OH）=$\frac{0.075mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），再根据速率之比等于化学计量数之比，故v（H₂）=2v（CH₃OH）=0.15mol/（L•min），
故答案为：0.15mol/（L•min）；
②使用催化剂能降低反应需要的活化能从而改变反应途径，但不影响平衡移动，所以在乙图中画出用Cu₂O作催化剂时“反应过程-能量”示意图为：

故答案为：
③由丙图可知，T₃后为平衡的升温，升高温度时甲醇的体积分数减小，所以，平衡逆移，所以K减小，
故答案为：减小．
④2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，CO、H₂的起始浓度分别为$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，充分反应后，达到平衡时测得c（CO）=0.2 mol/L，CO浓度变化为1mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，则：
                      CO（g）+2H₂（g）?CH₃0H（g）
开始（mol/L）：1          3                    0
变化（mol/L）：0.8      1.6                 0.8
平衡（mol/L）：0.2       1.4                 0.8
故该温度下，该反应的平衡常数k=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2，
若向该容器中加入4molCO、3molH₂、1molCH₃OH，
Qc=$\frac{1}{4×{3}^{2}}$=0.0277＜2，平衡正向移动，v（正）＞v（逆）
故答案为：2；＞；
⑤因反应是放热反应和气体体积减小的反应，可采取升温或减小压强可使甲醇体积分数减少，
故答案为：升温或减小压强．

点评 本题考查物质的量浓度随时间变化曲线，涉及化学反应速率及化学平衡、平衡常数的计算，难度中等，注意对基础知识的全面掌握．