Question

【題目】Cu2O廣泛用作顏料和化工生產(chǎn)的催化劑。

Ⅰ．制備Cu2O

（1）電解法：工業(yè)上用銅作陽(yáng)極，鈦片為陰極，電解一定濃度的NaOH 溶液可制備氧化亞銅，寫(xiě)出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_____________________

（2）微乳液-還原法：在 100℃ Cu（NO3）2 的水溶液中加入一定體積的 NaOH 水溶液，并攪拌使之混合均勻， 再逐滴加入水合肼的水溶液，直至產(chǎn)生紅色沉淀，經(jīng)抽濾、洗滌和真空干燥，得到Cu2O 粉末。

已知： N2H4（l）+O2（g）=N2（g）+2H2O（l）△H= -akJ/mol

Cu(OH)2（s）=CuO（s）+H2O（l）△H= +bkJ/mol

4CuO（s）=2Cu2O（s）+O2（g）△H= +ckJ/mol

則由N2H4 和Cu(OH)2 反應(yīng)制備 Cu2O 的熱化學(xué)方程式為 ________________________。

Ⅱ．工業(yè)上用Cu2O 與 ZnO 組成的催化劑可用于工業(yè)上合成甲醇： CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H = -90.8 kJ/mol，回答下列問(wèn)題：

（1）能說(shuō)明反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)已達(dá)平衡狀態(tài)的是（_______）

A．當(dāng)反應(yīng)的熱效應(yīng)△H = -90.8 kJ/mol 時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

B.在恒溫恒壓的容器中，混合氣體的密度保持不變

C.在絕熱恒容的容器中，反應(yīng)的平衡常數(shù)不再變化

D．在恒溫恒容的容器中，氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化

（2）在 T1℃時(shí)，體積為 2 L 的恒容容器中充入物質(zhì)的量之和為 3mol 的 H2 和CO，當(dāng)起始 n(H2)／n(CO)= 2 時(shí)，經(jīng)過(guò) 5min 達(dá)到平衡，CO 的轉(zhuǎn)化率為 0.6，則0~5min 內(nèi)平均反應(yīng)速率 v (H2)=___；該溫度下的平衡常數(shù)為__________________ ；若此時(shí)再向容器中加入CO(g) 和 CH3OH(g)各 0.4mol，達(dá)新平衡時(shí) H2 的轉(zhuǎn)化率將 ______（填“增大”、 “減小”或“不變”）；

（3）工業(yè)實(shí)際合成 CH3OH 生產(chǎn)中，采用下圖M點(diǎn)而不是N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡知識(shí)，同時(shí)考慮生產(chǎn)實(shí)際，說(shuō)明選擇該反應(yīng)條件的理由：________。

Answer 1

【答案】2 Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O 4 Cu(OH)2（s）+N2H4（l）=2Cu2O（s）+N2（g）+6H2O（l）△H= +4b+c-a kJ/mol或者【△H=（4b+c-a kJ/mol）】 CD 0.12 mol/(L·min) 9.375 增大 相對(duì)于 N 點(diǎn)而言，采用 M 點(diǎn)，溫度在 500～600 K 之間，溫度較高，反應(yīng)速率較快，CO 的平衡轉(zhuǎn)化率也較高，壓強(qiáng)為常壓，對(duì)設(shè)備要求不高

【解析】

（1）工業(yè)上用銅作陽(yáng)極，鈦片為陰極，電解法電解一定濃度的NaOH 溶液可制備氧化亞銅，則陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O：答案：Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O。

（2）①將題中所給反應(yīng)方程式依次編號(hào)：（1）N2H4（l）+O2（g）=N2（g）+2H2O（l）△H= -akJ/mol;（2）Cu(OH)2（s）=CuO（s）+H2O（l）△H= +bkJ/mol；(3)4CuO（s）=2Cu2O（s）+O2（g）△H= +ckJ/mol;由蓋斯定律4(2)+(3)-(1)有：4 Cu(OH)2（s）+N2H4（l）=2Cu2O（s）+N2（g）+6H2O（l）△H= +(4b+c-a) kJ/mol 答案：4 Cu(OH)2（s）+N2H4（l）=2Cu2O（s）+N2（g）+6H2O（l）△H= +4b+c-a kJ/mol。

Ⅱ．(1) A．由CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H = -90.8 kJ/mol，知當(dāng)反應(yīng)的熱效應(yīng)△H = -90.8 kJ/mol 時(shí)，不能確定反應(yīng)否達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；B.混合氣體總質(zhì)量不變,容器容積恒定,容器內(nèi)混合氣體的密度始終保持不變,故B錯(cuò)誤;C.在絕熱恒容的容器中,隨反應(yīng)進(jìn)行溫度發(fā)生變化,平衡常數(shù)也隨之發(fā)生變化,當(dāng)反應(yīng)的平衡常數(shù)不再變化時(shí)說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡,故C正確的;D.混合氣體總質(zhì)量不變,隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量增大,則氣體的平均摩爾質(zhì)量進(jìn)行,當(dāng)氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化時(shí),說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡,故D正確；答案：CD正確的;

（2）① H2和CO總共為3mol,且起始n(H2)／n(CO)= 2,可以知道H2為2mol、CO為1mol, 5min 達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.6,則:
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
起始（mol）12 0
變化（mol）0.6 1.2 0.6
平衡（mol）0.4 0.8 0.6
容器的容積為2L,則v (H2)= (1.2mol)/5min=0.12 mol/(L·min)；該溫度下平衡常數(shù)K= c(CH3OH)/c(CO)c(H2)=(0.6/( 0.40.82=9.375。此時(shí)再向容器中加入CO(g) 和CH3OH(g) 各0.4mol,此時(shí)濃度商 Qc=[(0.6+0.4)/[(0.4+0.4)2]0.82=7.813<9.375,所以反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行,達(dá)新平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率將增大。因此答案是: 0.12 mol/(L·min) ； 9.375；增大。

（3）工業(yè)實(shí)際合成 CH3OH 生產(chǎn)中，采用下圖M點(diǎn)而不是N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件是：相對(duì)于N點(diǎn)而言,采用M點(diǎn),溫度在500~600 K之間,溫度較高,反應(yīng)速率較快, CO的平衡轉(zhuǎn)化率也較高,壓強(qiáng)為常壓,對(duì)設(shè)備要求不高。答案：相對(duì)于 N 點(diǎn)而言，采用 M 點(diǎn)，溫度在 500～600 K 之間，溫度較高，反應(yīng)速率較快，CO 的平衡轉(zhuǎn)化率也較高，壓強(qiáng)為常壓，對(duì)設(shè)備要求不高。