Question

【题目】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)+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

用炭粉在高温条件下还原CuO的方法制得纳米级Cu2O的热化学方程式为_______________。

(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_____ （填“Na+”或“H+”或“OH-”）离子交换膜，该电池的阳极反应式为_______。

（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甲图是反反应时CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化情况。从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=_________。

②乙图表示该反应进行过程中能量的变化。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_____（填“增大”、“不变”或“减小”)。

④ 某温度下，将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L，则该反应在该温度下的平衡常数为_____（保留一位有效数字）。相同温度下，若向上述2L密闭容器中加入4molCO、3molH2、1molCH3OH，反应开始时，v（正）____v（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）。

⑤ 在容积均为1L的a、b、c、d、e，5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5个密闭容器温度分别为T1～T5、反应均进行到5min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___________。

⑥ 据研究，反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变，原因是_______（用化学方程式表示）。

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) 减小 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，根据盖斯定律可知①+②－③×2即得到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2CuO(s)+C(s) Cu2O(s)+CO(g) △H=+34.5kJ/mol。(2)该电池的阳极是铜失去电子，转化为氧化亚铜，则反应式为2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O。由于阳极消耗氢氧根，所以该交换膜应为OH-离子交换膜。（3）①甲图中平衡时甲醇是0.75mol/L，则根据方程式可知消耗氢气是1.5mol/L，所以从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=1.5mol/L÷10min＝0.15mol/(L·min)。②催化剂能降低活化能，但反应热不变，所以示意图为。③反应物总能量高于生成物总能量，属于放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向进行，该反应的平衡常数K减小。④

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

起始浓度（mol/L） 1 3 0

转化浓度（mol/L） x 2x x

平衡浓度（mol/L） 1－x 3－2x x

则1－x＝0.2，解得x＝0.8，所以该反应在该温度下的平衡常数为；相同温度下，若向上述2L密闭容器中加入4molCO、3molH2、1molCH3OH，反应开始时浓度熵为＜2，所以反应向正反应方向进行，即v（正）大于v（逆）。⑤要降低甲醇含量，平衡逆向移动，可采取的措施有升温或减压。⑥反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变，这说明CO2能与铜反应转化为氧化亚铜，方程式为Cu2O+CO=2Cu+CO2。