Question

7．（1）人们常用催化剂来选择反应进行的方向．如图1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1moL HCHO生成CO的热化学方程式：HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=-235KJ•mol^-1．
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）①一定温度下，将N₂H₄与NO₂以体积比为1：1置于10L定容容器中发生反应2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O（l）△H＜0，下列能说明反应达到平衡状态的是abd．
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）随时间变化示意图如图2．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4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O．
②用阴离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度制备纳米Cu₂O，反应为2Cu+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cu₂O+H₂↑，如图3所示．该电解池的阳极反应式为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①根据图表可知HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）中反应物能量高，生成物能量低，该反应为放热反应，然后依据图中给出数据解答；
②使用催化剂可以降低反应的活化能，活化能越低，普通分子越容易转化成活化分子，反应越容易，反应速率越快；
（2）①a．混合气体密度保持不变，说明气体的质量不变，正逆反应速率相等；
b．速率之比等于对应物质的化学计量数之比，所以3v_正（NO₂）=2v_正（N₂）；
c．因为起始时投料量之比为1：1，而且消耗量是1：1，所以N₂H₄与NO₂体积比始终保持不变；
d．体系压强保持不变，说明气体的量保持不变．
②根据反应方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O，求abc的值然后根据描点法作图，根据三行式来求平衡常数；
（3）①根据“液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂”来书写化学方程式；
②在电解池的阳极发生失电子的氧化反应．

解答 解：（1）①HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）该反应为放热反应，△H=-（676-158-283）KJ•mol^-1=-235KJ•mol^-1，所以1moL HCHO生成CO的热化学方程式为：HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=-（676-158-283）KJ•mol^-1=-235KJ•mol^-1，
故答案为：HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=-235KJ•mol^-1；
②由图催化剂使生成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，所以有催化剂作用下反应，产物中HCHO比率大大提高，故答案为：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）①a．混合气体密度保持不变，说明气体的质量不变，正逆反应速率相等，达平衡状态，故正确；b．速率之比等于对应物质的化学计量数之比，所以3v_正（NO₂）=2v_正（N₂），达平衡状态，故正确；
c．因为起始时投料量之比为1：1，而且消耗量是1：1，所以N₂H₄与NO₂体积比始终保持不变，故错误；
d．体系压强保持不变，说明气体的量保持不变，达平衡状态，故正确；
故选abd；
②根据反应方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O，第2min时，n（N₂H₄）=1.5mol，所以变化量为0.5mol，则a=2.5mol，由此可求出b=2.4mol，c=2，而使催化剂平衡不移动；升高温度平衡逆向移动，所以二氧化氮的浓度变大；增大压强，平衡正向移动，所以二氧化氮的浓度减小，所以图象为：；平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（{N}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}{H}_{4}）•{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{（\frac{1.5}{5}）^{3}}{（\frac{1}{5}）^{2}×（\frac{2}{5}）^{2}}$=4.2L/mol，
故答案为：；4.2L/mol；
（3）①根据题目信息：液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂，得出化学方程式为：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，故答案为：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
②在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电机本身发生失电子得还原反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，故答案为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．

点评 本题考查了热化学方程式书写和平衡状态的判断、作图象的问题和化学平衡常数、化学方程式的书写以及电极反应式的书写，反应过程分析是解题关键，题目难度中等．