Question

（16分）（1）人们常用催化剂来选择反应进行的方向。右图所示为一定条件下1mol CH₃OH与O₂发生反应时，生成CO、CO₂或HCHO的能量变化图[反应物O₂(g)和生成物H₂O(g)略去]。

①写出1 moL HCHO生成CO的热化学方程式：      。

②CH₃OH与O₂在有催化剂作用下反应，产物中HCHO比率大大提高的原因是      。

（2）①一定温度下，将N₂H₄与NO₂以体积比为1:1置于10 L定容容器中发生反应

2N₂H₄(g)+2NO₂(g) 3N₂(g)+4H₂O(l)  ΔH<0

下列能说明反应达到平衡状态的是    。

a．混合气体密度保持不变            b．3v_正(NO₂)=2v_逆(N₂)

c．N₂H₄与NO₂体积比保持不变        d．体系压强保持不变

②在某温度下，5L密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量变化如下表：

物质的量/mol 时间	n (N2H4)	n (NO2)	n (N2)
起始	2.0	3.0	0
第2min	1.5	a	0.75
第4min	1.2	b	1.2
第6min	1.0	c	1.5
第7min	1.0	c	1.5

请画出该反应中n(NO₂)随时间变化曲线,并画出在第7min分别升温、加压、加催化剂的情况下n(NO₂)随时间变化示意图。计算该温度下反应的平衡常数K(保留2位有效数字,写出计算过程)。

   

（3）纳米级Cu₂O具有优良的催化性能，制取Cu₂O的方法有：

①加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu(OH)₂制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为           。

②用阴离子交换膜控制电解液中OH^－的浓度制备纳米Cu₂O，反应为2Cu＋H₂OCu₂O＋H₂↑，如图所示。该电解池的阳极反应式为     。

Answer

（1）①②催化剂使生成HCHO的活化能降低，同时使生成CO的活化能升高，并且生成HCHO的活化能低于生成CO的活化能。

（2）①abd;

②4.2(mol﹒L-1)-1

（3）①4Cu(OH)2＋N2H4= 2Cu2O＋N2↑＋6H2O 。 ②2Cu―2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O

【解析】

试题分析：（1）根据反应的能量图1 moL HCHO生成CO是放出676-283-158=235 kJ 的热量，故热化学方程式为：HCHO(g) +O2(g ) =CO(g)+H2O(g) ΔH=-235kJ·mol-1②CH3OH与O2在有催化剂作用下反应，产物中HCHO比率大大提高的原因是：催化剂使生成HCHO的活化能降低，同时使生成CO的活化能升高，并且生成HCHO的活化能低于生成CO的活化能。（2）①反应中有液态水生成，如果反应没有达到平衡气体的密度会发生改变，故气体的密度不变说明反应达到了平衡，a对；根据反应中化学计量数的关系有：3v正(NO2)=2v正(N2) ，联立3v正(NO2)=2v逆(N2)，得v正(N2)= v逆(N2)，同种物质的生成和消耗速率相等，反应达到了平衡，b对；N2H4与NO2以体积比为1:1投入，反应时也以1:1反应，故N2H4与NO2以体积比始终为1:1，不能判断达到了平衡，c错；反应是气体体积改变的反应，压强不变，说明反应达到了平衡，d对。选a、b、d。②根据表中的数据知道在第6min反应达到平衡，平衡时 n (N2H4)=1mol，升高温度平衡向逆反应方向移动，n (N2H4)增大，加压平衡向正反应方向移动，n (N2H4)变小，加催化剂平衡不移动，n (N2H4)不变，故图像为：；

平衡时 n (N2H4)=1mol，则n (NO2)=2mol，n (N2)=1.5mol，K= c3(N2) /c2 (N2H4) ·c2 (NO2) =(1.5/5 )3/( 1/5)2 ﹒(2/5)2=4.2(mol﹒L-1)-1。（3）①根据给出的反应物和生成物，化学方程式为：4Cu(OH)2＋N2H4= 2Cu2O＋N2↑＋6H2O 。 ②阳极发生氧化反应，元素的化合价升高，从反应方程式中看出Cu 元素的化合价升高，故阳极是Cu 放电生成Cu2O ，电极反应为：2Cu―2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O 。

考点：化学能量图的分析、化学平衡的判断、化学图像的绘制、电极反应的书写。