Question

14．纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而倍受关注，表为制取纳米级Cu₂O的三种方法：

方法Ⅰ	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法Ⅱ	电解法，反应为2Cu+H2O  $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$    Cu2O+H2↑．
方法Ⅲ	用肼（N2H4）还原新制Cu（OH）2

（1）工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu₂O而很少用方法Ⅰ，其原因是反应条件不易控制，若控温不当易生成Cu而使Cu₂O产率降低．
（2）已知：2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-akJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-bkJ•mol^-1
Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-ckJ•mol^-1
则方法Ⅰ发生的反应：2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=-（a+b-2c）kJ•mol^-1．
（3）方法Ⅱ通过采用离子交换膜控制电解液中OH^-浓度的方法来制备纳米级Cu₂O，电解装置如图所示．
①阴极上的还原产物是H₂．
②已知阳极生成Cu₂O，电极反应式为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
③Na₂SO₄溶液的主要作用是增强溶液的导电性．
（4）方法Ⅲ是在加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂，该反应的化学方程式为4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2Cu₂O+6H₂O+N₂↑．
（5）肼又称联氨，请写出肼的电子式，肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，用电离方程式表示肼的水溶液显碱性的原因N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-．
（6）已知在相同条件下N₂H₄•H₂O的电离程度大于N₂H₅C1的水解程度．常温下，若将0.2mol/L N₂H₄•H₂O溶液与0.1mol/L HCl溶液等体积混合，则溶液中N₂H₅⁺、Cl^-、OH^-、H⁺离子浓度由大到小的顺序为c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（7）肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．肼-空气燃料电池放电时，负极的电极反应式是N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，电池工作一段时间后，电解质溶液的pH将减小（填“增大”、“减小”、“不变”）．

Answer 1

分析 （1）碳能与CuO反应置换出Cu；
（2）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数作相应的加减；
（3）①阴极发生还原反应，氢离子得电子放出氢气；
②阳极发生氧化反应，碱性条件下Cu在阳极失去电子得到Cu₂O与H₂O；
③Na₂SO₄溶液的主要作用是增强溶液的导电性；
（4）液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂，根据得失电子守恒分析；
（5）肼又称联氨，电子式为；肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH^-和阳离子；
（6）若将0.2mo1•L^-1N₂H₄•H₂O溶液与0.1mol•L^-1HCl溶液等体积混合，得到物质的浓度相等N₂H₅C1和N₂H₄•H₂O，而在相同条件下N₂H₄•H₂O的电离程度大于N₂H₅C1的水解程度，所以离子浓度大小为：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），由此解答；
（7）肼-空气碱性燃料电池中，负极上燃料肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气，正极是氧气得到电子生成氢氧根离子．

解答 解：（1）方法Ⅰ反应条件不易控制，若控温不当碳与CuO发生置换反应生成Cu，使Cu₂O产率降低，
故答案为：Cu；
（2）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-akJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-bkJ•mol^-1
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-ckJ•mol^-1
由盖斯定律可知，①-③×2+②得2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）；△H=-（a+b-2c）kJ•mol^-1；
故答案为：-（a+b-2c）kJ•mol^-1；
（3）①阴极发生还原反应，氢离子得电子放出H₂，所以还原产物是H₂，故答案为：H₂；
②阳极发生氧化反应，碱性条件下Cu在阳极失去电子得到Cu₂O与H₂O，阳极电极反应式为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，故答案为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
③Na₂SO₄溶液的主要作用是增强溶液的导电性，故答案为：增强溶液的导电性；
（4）液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂，其反应的方程式为：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2Cu₂O+6H₂O+N₂↑；
故答案为：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2Cu₂O+6H₂O+N₂↑；
（5）肼又称联氨，电子式为；肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH^-和阳离子，电离方程式为N₂H₄+H₂O=N₂H₅⁺+OH^-，故答案为：；N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-；
（6）若将0.2mo1•L^-1N₂H₄•H₂O溶液与0.1mol•L^-1HCl溶液等体积混合，得到物质的浓度相等N₂H₅C1和N₂H₄•H₂O，而在相同条件下N₂H₄•H₂O的电离程度大于N₂H₅C1的水解程度，所以离子浓度大小为：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案为：c（N₂H₅⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（7）肼-氧气碱性燃料电池中，负极上燃料肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气，电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，正极发生还原反应，电极方程式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，反应过程中生成水，溶液浓度稀释电解质溶液的pH将减小；
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；减小．

点评 本题以物质的制备为载体，考查元素化合物性质、盖斯定律、电解原理以及离子浓度的大小比较等，题目难度中等，注意电极反应式的书写．