Question

【題目】納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注，下述為制取Cu2O的兩種方法:

方法a:用炭粉在高溫條件下還原CuO

方法b:電解法，反應(yīng)為2Cu+H2O Cu2O+H2↑

（1）已知:①2Cu(s) + O2 (g)=Cu2O(s) △H1= akJ/mol

②C(s)+ O2 (g)=CO(g) △H2= bkJ/mol

③Cu(s)+ O2 (g)= CuO(s) △H3= ckJ/mol

則方法a中反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是:_________________。

（2）方法b是用肼燃料電池為電源，通過離子交換膜電解法控制電解液中OH-的濃度而制備納米Cu2O裝置如圖所示:

①如圖裝置中D電極應(yīng)連______電極。(填“A”或“B”)

②該離子交換膜為______離子交換膜(填“陰”或“陽”)，該電解池的B極反應(yīng)式為:____________________________________________。

③C極反應(yīng)式為:____________________________。

（3）在相同體積的恒容密閉容器中，用以上方法制得的兩種Cu2O分別進(jìn)行催化分解水的實(shí)驗(yàn):2H2O2H2(g)+O2(g)△H>0，水蒸氣的濃度隨時(shí)間t變化如表所示:

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析:

①催化劑的效率:實(shí)驗(yàn)①_______實(shí)驗(yàn)②(填“>”或“<”)；

②通過實(shí)驗(yàn)①、③分析,T1______T2(填“>”或“<”)；

③實(shí)驗(yàn)①、②、③的化學(xué)平衡常數(shù)K1、K2、K3的大小關(guān)系為:_________。

Answer 1

【答案】2CuO(s)+ C(s)= Cu2O(s)+ CO(g) ΔH = (a+b-2c) kJmol-1B陰2Cu - 2e- + 2OH- =Cu2O + H2ON2H4 - 4e- + 4OH- =N2 ↑+ 4 H2O＜＜K1=K2<K3

【解析】

（1）依據(jù)蓋斯定律將已知的熱化學(xué)方程式變形計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；（2）①燃料電池正極通氧氣，負(fù)極通燃料，故C為負(fù)極，D為正極，銅電極被氧化，發(fā)生的電極方程式為2Cu+2OH－-2e－=Cu2O+H2O，故銅為陽極，與原電池的負(fù)極相連，即B與C，A與D相連；②根據(jù)總反應(yīng)，則陽極反應(yīng)為2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O，所以離子交換膜應(yīng)采用陰離子交換膜；在電解池的陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；③據(jù)原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)來書寫電極反應(yīng)方程式；（3）①催化劑效率越高，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短；②實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間短；③平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，若溫度升高，平衡向吸熱方向移動，即向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)增大，據(jù)此進(jìn)行分析。

(1)依據(jù)蓋斯定律②+①-2×③得到2CuO(s)+ C(s)= Cu2O(s)+ CO(g) ΔH = (a+b-2c) kJmol－1，(2)①燃料電池正極通氧氣，負(fù)極通燃料，故C為負(fù)極，D為正極，銅電極被氧化，發(fā)生的電極方程式為2Cu+2OH－-2e－=Cu2O+H2O，故銅為陽極，與原電池的正極相連，即B與D，A與C相連，①如圖裝置中D電極應(yīng)連B電極。②根據(jù)總反應(yīng)，則陽極反應(yīng)為2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O，所以離子交換膜應(yīng)采用陰離子交換膜；在電解池的陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，該電解池的B極反應(yīng)式為:2Cu - 2e- + 2OH- =Cu2O + H2O。③原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，③C極反應(yīng)式為:N2H4 - 4e- + 4OH- =N2 ↑+ 4 H2O。(3)①實(shí)驗(yàn)①②相比，實(shí)驗(yàn)②到達(dá)平衡時(shí)間短，反應(yīng)速率越快，催化劑效率高，故答案為：＜；②實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間短；通過實(shí)驗(yàn)①、③分析,T1<T2；③實(shí)驗(yàn)1、2溫度相同，平衡常數(shù)相同，即K1=K2，比較實(shí)驗(yàn)2、3，實(shí)驗(yàn)3中初始水蒸氣濃度是實(shí)驗(yàn)2的一倍，但反應(yīng)結(jié)束水蒸氣濃度小于實(shí)驗(yàn)2的一倍，故平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則溫度升高，平衡向吸熱方向移動，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)增大，即K3＞K2，所以K1=K2＜K3。