Question

Cu及化合物在生产、国防中有重要的应用。

I.纳米级Cu₂O既是航母舰艇底部的防腐蚀涂料，也是优良的催化剂。

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

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

则工业上用碳粉与CuO粉末混合在一定条件下反应制取Cu₂O(s)，同时生成CO气体的热化学方程式为___。

（2）用纳米级Cu₂O作催化剂可实现甲醇脱氢制取甲醛：CH₃OH(g)HCHO(g)+H₂(g)，甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如图所示。

①该反应的ΔH___0（填“>”或“<”）；600K时，Y点甲醇的v（正）___v（逆）（填“>”或“<”）。

②在t₁K时，向固定体积为1L的密闭容器中充入2molCH₃OH(g)，温度保持不变，9分钟时达到平衡，则0～9min内用CH₃OH(g)表示的反应速率v(CH₃OH)___，温度为t₁时，该反应的平衡常数K的表达式为___。

II.Cu既是常见的催化剂，又是常见的电极材料。

（3）图1表示的是利用CO₂的“直接电子传递机理”。在催化剂铜的表面进行转化。当直接传递的电子物质的量为2mol时，则参加反应的CO₂的物质的量为___。

（4）图2表示以KOH溶液作电解质溶液进行电解的示意图，CO₂在Cu电极上可以转化为CH₄，该电极反应的方程式为___。

III.含铜离子的废水会造成污染，通常将其转化为硫化铜沉淀而除去。

（5）已知：K_sp(CuS)=1×10^-36，要使铜离子的浓度符合排放标准（不超过6.25×10^-6mol/L），溶液中的硫离子的物质的量浓度至少为___mol/L（保留至小数点后一位）。

Answer

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）分析题中所给的甲醇转化率随温度变化曲线图，可以看出随着温度升高，甲醇的转化率逐渐增大。根据温度与转化率的关系，可以判断出反应是吸热反应还是放热反应。根据曲线上的点都达平衡状态，Y点时的转化率高于X点，在相同温度下，要达到平衡，分析可逆反应的反应方向，进而可判断Y点的正逆反应速率的大小。

（5）一般认为溶液中某离子浓度小于10-5mol·L－1，即认为该离子已沉淀完全。根据该理论，结合题中具体数值，进行计算。注意题中单位的转化。

I.（1）根据已知条件：Cu2O(s)+O2(g)=2CuO(s) ΔH=-196kJ·mol－1 ①

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

分析目标热化学方程式，可知由可得目标热化学方程式：C(s)+ 2CuO(s)= Cu2O(s)+ CO(g) ΔH=。答案为：C(s)+ 2CuO(s)= Cu2O(s)+ CO(g) ΔH=+85.6 kJ·mol－1；

（2）①分析题给信息，可以看出随着温度的增大，甲醇的平衡转化率逐渐增大，说明该反应的正反应为吸热反应，ΔH＞0；600K时，Y的转化率大于X点的平衡转化率，Y→X点，甲醇的转化率降低，说明反应向逆反应方向进行，即v（正）＜v（逆）。答案为：＞；＜；

②由图可知，在t1K时，甲醇的平衡转化率为60%。向固定体积为1L的密闭容器中充入2molCH3OH(g)，温度保持不变，9分钟时达到平衡，平衡时，甲醇的物质的量为0.8mol，甲醛的物质的量为1.2mol，H2的物质的量为1.2mol，则平衡时甲醇的物质的量浓度为0.8mol·L－1，甲醛的物质的量浓度为1.2 mol·L－1，H2的物质的量浓度为1.2mol·L－1，0～9min内用CH3OH(g)表示的反应速率v(CH3OH)=。根据平衡常数的定义，温度为t1时，该反应的平衡常数K=；故答案为：0.13mol·L-1·min-1；；

II.（3）由图1可知，CO2在催化剂铜的表面进行转化最终生成的产物是C2H4，根据发生的氧化还原反应的关系，有：2CO2～C2H4～12e-，当直接传递的电子物质的量为2mol，则参加反应的CO2的物质的量为0.33mol。答案为：0.33mol；

（4）由图2可知，Cu与电源的负极相连，Cu电极为电解池的阴极，发生还原反应，CO2得电子生成CH4，电极反应方程式为：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-。答案为：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-；

III.（5）铜离子达排放标准的物质的量浓度为，根据Ksp(CuS)=1×10-36，可知要使铜离子的浓度符合排放标准，溶液中的硫离子的物质的量浓度为mol·L－1。答案为：。