Question

【題目】Cu及化合物在生產(chǎn)、國(guó)防中有重要的應(yīng)用。

I.納米級(jí)Cu2O既是航母艦艇底部的防腐蝕涂料，也是優(yōu)良的催化劑。

（1）已知：Cu2O(s)+O2(g)=2CuO(s) ΔH=-196kJ·mol－1

2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-220.8kJ·mol－1

則工業(yè)上用碳粉與CuO粉末混合在一定條件下反應(yīng)制取Cu2O(s)，同時(shí)生成CO氣體的熱化學(xué)方程式為___。

（2）用納米級(jí)Cu2O作催化劑可實(shí)現(xiàn)甲醇脫氫制取甲醛：CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線如圖所示。

①該反應(yīng)的ΔH___0（填“>”或“<”）；600K時(shí)，Y點(diǎn)甲醇的v（正）___v（逆）（填“>”或“<”）。

②在t1K時(shí)，向固定體積為1L的密閉容器中充入2molCH3OH(g)，溫度保持不變，9分鐘時(shí)達(dá)到平衡，則0～9min內(nèi)用CH3OH(g)表示的反應(yīng)速率v(CH3OH)___，溫度為t1時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的表達(dá)式為___。

II.Cu既是常見(jiàn)的催化劑，又是常見(jiàn)的電極材料。

（3）圖1表示的是利用CO2的“直接電子傳遞機(jī)理”。在催化劑銅的表面進(jìn)行轉(zhuǎn)化。當(dāng)直接傳遞的電子物質(zhì)的量為2mol時(shí)，則參加反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量為___。

（4）圖2表示以KOH溶液作電解質(zhì)溶液進(jìn)行電解的示意圖，CO2在Cu電極上可以轉(zhuǎn)化為CH4，該電極反應(yīng)的方程式為___。

III.含銅離子的廢水會(huì)造成污染，通常將其轉(zhuǎn)化為硫化銅沉淀而除去。

（5）已知：Ksp(CuS)=1×10-36，要使銅離子的濃度符合排放標(biāo)準(zhǔn)（不超過(guò)6.25×10-6mol/L），溶液中的硫離子的物質(zhì)的量濃度至少為___mol/L（保留至小數(shù)點(diǎn)后一位）。

Answer 1

【答案】C(s)+2CuO(s)=Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+85.6kJ/mol ＞ ＜ 0.13mol·L-1·min-1 0.33mol CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH- 1.6×10-31

【解析】

（2）分析題中所給的甲醇轉(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線圖，可以看出隨著溫度升高，甲醇的轉(zhuǎn)化率逐漸增大。根據(jù)溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，可以判斷出反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)。根據(jù)曲線上的點(diǎn)都達(dá)平衡狀態(tài)，Y點(diǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)化率高于X點(diǎn)，在相同溫度下，要達(dá)到平衡，分析可逆反應(yīng)的反應(yīng)方向，進(jìn)而可判斷Y點(diǎn)的正逆反應(yīng)速率的大小。

（5）一般認(rèn)為溶液中某離子濃度小于10-5mol·L－1，即認(rèn)為該離子已沉淀完全。根據(jù)該理論，結(jié)合題中具體數(shù)值，進(jìn)行計(jì)算。注意題中單位的轉(zhuǎn)化。

I.（1）根據(jù)已知條件：Cu2O(s)+O2(g)=2CuO(s) ΔH=-196kJ·mol－1 ①

2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-220.8kJ·mol－1 ②

分析目標(biāo)熱化學(xué)方程式，可知由可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式：C(s)+ 2CuO(s)= Cu2O(s)+ CO(g) ΔH=。答案為：C(s)+ 2CuO(s)= Cu2O(s)+ CO(g) ΔH=+85.6 kJ·mol－1；

（2）①分析題給信息，可以看出隨著溫度的增大，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率逐漸增大，說(shuō)明該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH＞0；600K時(shí)，Y的轉(zhuǎn)化率大于X點(diǎn)的平衡轉(zhuǎn)化率，Y→X點(diǎn)，甲醇的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，即v（正）＜v（逆）。答案為：＞；＜；

②由圖可知，在t1K時(shí)，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率為60%。向固定體積為1L的密閉容器中充入2molCH3OH(g)，溫度保持不變，9分鐘時(shí)達(dá)到平衡，平衡時(shí)，甲醇的物質(zhì)的量為0.8mol，甲醛的物質(zhì)的量為1.2mol，H2的物質(zhì)的量為1.2mol，則平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量濃度為0.8mol·L－1，甲醛的物質(zhì)的量濃度為1.2 mol·L－1，H2的物質(zhì)的量濃度為1.2mol·L－1，0～9min內(nèi)用CH3OH(g)表示的反應(yīng)速率v(CH3OH)=。根據(jù)平衡常數(shù)的定義，溫度為t1時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=；故答案為：0.13mol·L-1·min-1；；

II.（3）由圖1可知，CO2在催化劑銅的表面進(jìn)行轉(zhuǎn)化最終生成的產(chǎn)物是C2H4，根據(jù)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的關(guān)系，有：2CO2～C2H4～12e-，當(dāng)直接傳遞的電子物質(zhì)的量為2mol，則參加反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量為0.33mol。答案為：0.33mol；

（4）由圖2可知，Cu與電源的負(fù)極相連，Cu電極為電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，CO2得電子生成CH4，電極反應(yīng)方程式為：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-。答案為：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-；

III.（5）銅離子達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)的量濃度為，根據(jù)Ksp(CuS)=1×10-36，可知要使銅離子的濃度符合排放標(biāo)準(zhǔn)，溶液中的硫離子的物質(zhì)的量濃度為mol·L－1。答案為：。