Question

（13分）纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取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，反应为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                。

（2）已知：2Cu(s)＋1/2O₂(g)=Cu₂O(s)    △H = -akJ·mol^-1

           C(s)＋1/2O₂(g)=CO(g)       △H = -bkJ·mol^-1

           Cu(s)＋1/2O₂(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 =       kJ·mol^-1。

（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）在相同的密闭容器中，用以上两种方法制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：  △H >0

水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示。

序号		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

下列叙述正确的是          （填字母代号）。

A．实验的温度:T₂<T₁

B．实验①前20 min的平均反应速率 v(O₂)=7×10^-5 mol·L^-1 min^-1  

C．实验②比实验①所用的催化剂催化效率高

 

Answer 1

【答案】

（13分）（1）反应不易控制，易还原产生Cu  （2分）

（2）-(a+b-2c) （3分）                 （3）2Cu－2e^－＋2OH^－=Cu₂O＋H₂O（3分）

（4）4Cu(OH)₂ + N₂H₄2Cu₂O + N₂↑ + 6H₂O（3分）        （5）C（2分）

【解析】（1）由于在高温下，碳有可能把氧化铜还原生成铜，即不易控制反应条件。

（2）考查盖斯定律的应用，根据已知反应可知，①＋②－③×2即得到2CuO(s)＋C(s)= Cu₂O(s)＋CO(g)，所以反应热△H＝-(a+b-2c)kJ/mol。

（3）电解池中阳极失去电子，根据铜的氧化产物氧化亚铜可知，阳极反应式为2Cu－2e^－＋2OH^－=Cu₂O＋H₂O。

（4）根据反应物和生成物并根据电子的得失守恒可知，方程式为4Cu(OH)₂ + N₂H₄2Cu₂O + N₂↑ + 6H₂O。

（5）由于温度越高，反应速率越快，到达平衡的时间就越短。所以根据实验②③可知，实验③首次达到平衡状态，实验温度是T2大于T1，A不正确。实验①前20 min内水蒸气浓度的变化量是（0.050－0.0486）mol/L＝0.0014mol/L，所以根据方程式可知，氧气浓度的变化量是0.0014mol/L÷2＝0.0007mol/L，所以其反应速率是0.0007mol/L÷20min＝0.000035 mol·L^-1 min^-1，B不正确。实验②到达平衡的时间比实验①短，说明催化剂的催化能力强，所以C正确，答案选C。