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，下表為制取Cu2O的三種方法：

（1）已知：2Cu (s)+O2(g) =Cu2O(s) △H=-a kJ·mol-1

C (s)+O2(g) =CO (g) △H=-b kJ·mol-1

Cu (s)+O2(g) =CuO (s) △H=-c kJ·mol-1

則方法I發(fā)生的反應(yīng)：2CuO(s) +C(s) =Cu2O(s)+CO(g)；△H__________kJ·mol-1

（2）工業(yè)上很少用方法I制取Cu2O，是由于方法I反應(yīng)條件不易控制，若控溫不當(dāng)，會降低Cu2O產(chǎn)率，請分析原因：__________________。

（3）方法II為加熱條件下用液態(tài)肼(N2H4)逐原新制Cu (OH)2來制備納米級Cu2O，同時放出N2，該制法的化學(xué)方程式為____________________。

(4)方法III采用離子交換膜控制電解液中OH-的濃度而制備納米Cu2O，裝置如圖所示，寫出電極反應(yīng)式并說明該裝置制備Cu2O的原理________________________。

（5）在相同的密閉容器中，用以上兩種方法制得的Cu2O分別進(jìn)行催化分解水的實驗：

2H2O(g) 2H2(g) + O2(g) △H>O，水蒸氣的濃度(mol/L)隨時間t(min)變化如下表所示

下列敘述正確的是_________（填字母代號）．

a．實驗的溫度：T2<T1

b．實驗①前20min的平均反應(yīng)速率v(O2)=7×10- 5mol/(L·min)

c．實驗②比實驗①所用的Cu2O催化效率高

d．實驗①、②、③的化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系：K1=K2<K3

Answer 1

【答案】（1）2c -a-b；（2）若溫度不當(dāng)，會生成Cu；

（3）4Cu (OH)2+N2H42Cu2O+6H2O+N2↑；

（4）陰極電極反應(yīng)：2H++2e-= H2↑，c(OH-)增大，通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，陽極電極反應(yīng)：

2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O，獲得Cu2O； （5）cd

【解析】

試題分析：（1）已知：①2Cu (s)+O2(g) =Cu2O(s) △H=-a kJ·mol-1

②C (s)+O2(g) =CO (g) △H=-b kJ·mol-1

③Cu (s)+O2(g) =CuO (s) △H=-c kJ·mol-1

則關(guān)鍵蓋斯定律可知③×2－①－②

即可得到反應(yīng)2CuO(s) +C (s) =Cu2O(s)+CO(g)的△H＝（2c -a-b） kJ·mol-1。

（2）方法Ⅰ中在高溫下碳有可能把氧化銅還原為金屬銅而使氧化亞銅的產(chǎn)率降低。

（3）根據(jù)題目信息：液態(tài)肼（N2H4）還原新制Cu（OH）2來制備納米級Cu2O，同時放出N2，根據(jù)原子守恒可得出化學(xué)方程式為4Cu(OH)2＋N2H42Cu2O＋N2↑＋6H2O。

（4）電解池中陰極得到電子，電極反應(yīng)為2H++2e-= H2↑，c(OH-)增大，通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，銅電極和電源的正極相連，作陽極，銅電極本身發(fā)生失電子，在堿性環(huán)境下，金屬銅失去電子生成氧化亞銅的電極反應(yīng)式為2Cu － 2e－ ＋ 2OH－ ＝ Cu2O ＋ H2O。

（5）a、實驗溫度越高達(dá)到化學(xué)平衡時水蒸氣轉(zhuǎn)化率越大，②和③相比，③轉(zhuǎn)化率高，所以T2＞T1，a錯誤；b、根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知實驗①前20min的平均反應(yīng)速率v（H2O）＝△c÷△t＝（0.05mol/L0.0486mol/L）÷20min＝7×10-5 mol/(L·min)，則根據(jù)反應(yīng)速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比可知氧氣表示的反應(yīng)速率為7×10-5 mol/(L·min)/2＝3.5×10-5 mol/(L·min)，b錯誤；c、①②化學(xué)平衡狀態(tài)未改變，反應(yīng)速率加快，則是加入了催化劑，催化劑的活性越高，速率越快，在相等時間內(nèi)，①中水蒸氣的濃度變化比①快，催化劑的催化效率：實驗①＜實驗②，c正確；d、正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大，則實驗①、②、③的化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系：K1=K2<K3，d正確，答案選cd。