Question

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，如表为制取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：2Cu+H2O 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

 

而使Cu₂O产率降低．
（2）已知：①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=akJ?mol^-1；
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=bkJ?mol^-1；
③2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=ckJ?mol^-1．
方法Ⅰ制备过程会产生有毒气体，写出制备反应的热化学方程式

 

．
（3）方法Ⅱ采用离子交换膜

 

控制电解液中OH^-的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示，该电池的阳极生成Cu₂O反应式为

 

．
（4）方法Ⅲ为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．该制法的化学方程式为

 

．
（5）方法Ⅲ可以用甲醛稀溶液替代肼，但因反应温度较高而使部分产品颗粒过大，

 

（填操作名称）可分离出颗粒过大的Cu₂O
（6）在相同的密闭容器中，用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：
2H₂O（g）

光照

CU2O

2H₂（g）+O₂△H＞0
水蒸气的浓度（mol?L^-1）随时间t （min）变化如表：

序号	温度	0	10	20	30	40	50
①	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

可以判断：实验①的前20min的平均反应速率 ν（O₂）=

 

；实验温度T₁

 

T₂（填“＞”、“＜”）；催化剂的催化效率：实验①

 

实验②（填“＞”、“＜”）．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,电解原理

专题：

分析：（1）炭粉在高温条件下还原CuO易生成Cu；
（2）方法Ⅰ制备过程会产生有毒气体为CO，根据盖斯定律来计算反应的焓变，书写热化学方程式；
（3）在电解池的阳极发生失电子得还原反应；
（4）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；
（5）在溶液中分离较大颗粒用过滤的方法；
（6）根据反应速率v=

△c

△t

来计算v（H₂O），再据速率之比等于化学计量数之比求算v（O₂）；根据温度对化学平衡移动的影响知识来回答；催化剂不会引起化学平衡状态的改变，会使反应速率加快．

解答： 解：（1）炭粉在高温条件下还原CuO易生成Cu，反应不易控制，故答案为：Cu；
（2）方法Ⅰ制备过程会产生有毒气体为CO，
已知：①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=akJ?mol^-1；
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=bkJ?mol^-1；
③2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=ckJ?mol^-1．
据盖斯定律，①-②×

1

2

-③×

1

2

得：C（s）+2CuO（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△=（a-

1

2

b-

1

2

c）KJ/mol，
故答案为：C（s）+2CuO（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△=（a-

1

2

b-

1

2

c）KJ/mol；
（3）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；
（4）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

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，
故答案为：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
（5）在溶液中，有较大的颗粒，用过滤法分离，故答案为：过滤；
（6）实验①前20min的平均反应速率 v（H₂O）=

△c

△t

=

0.05mol/L-0.0486mol/L

20min

=7×10^-5 mol?L^-1 min^-1，所以v（O₂）=

1

2

×7×10^-5 mol?L^-1 min^-1=3.5×10^-5 mol?L^-1 min^-1；实验温度越高达到化学平衡时水蒸气转化率越大，②和③相比，③转化率高所以T₂＞T₁；催化剂不会引起化学平衡状态的改变，会使反应速率加快，反应②比反应①达到平衡所用时间短，平衡状态相同，反应速率快，所以①＜②，故答案为：3.5×10^-5 mol?L^-1 min^-1；＜；＜．

点评：本题是一道有关热化学、电化学以及化学反应速率和反应限度的综合题，考查角度广，难度大．