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13.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注,它可作为太阳光分解水的催化剂;通常制取Cu2O有下列4种方法:

(1)已知:
2Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═Cu2O(s)△H=-169kJ•mol-1
C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g)△H=-110.5kJ•mol-1
Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CuO(s)△H=-157kJ•mol-1
用方法①制取Cu2O时产生有毒气体,则发生反应的热化学方程式是C(s)+2CuO (s)=Cu2O(s)+CO(g)△H=+34.5kJ•mol-1
(2)方法②中采用阴离子交换膜控制电解液中OH-的浓度得到纳米级Cu2O,当生成0.1molCu2O时,转移0.2mol电子,电解一段时间后阴极附近溶液的pH增大(填“增大”、“减小”或“不变”),其阳极的电极反应式为2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O;
(3)方法④制备纳米级Cu2O,同时放出N2,该制法的化学方程式为4Cu(OH)2+N2H4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu2O+N2↑+6H2O;
(4)用以上四种方法制得的Cu2O在某相同条件下分别对水催化分解,产生氢气的体积V(H2)随时间t变化如图2所示.下列叙述错误的是D(填字母)
A.Cu2O催化水分解时,需要适宜的温度
B.催化效果与Cu2O颗粒的粗细、表面活性等有关
C.方法②④制得的Cu2O催化效率相对较高
D.方法④制得的Cu2O作催化剂时,水的平衡转化率最高.

分析 (1)用方法①制取Cu2O时产生有毒气体为CO,
已知:Ⅰ.2Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═Cu2O(s)△H=-169kJ•mol-1
Ⅱ.C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g)△H=-110.5kJ•mol-1
Ⅲ.Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CuO(s)△H=-157kJ•mol-1
根据盖斯定律,Ⅱ-Ⅲ×2-$\frac{1}{2}$×Ⅰ可得:C(s)+2CuO (s)=Cu2O(s)+CO(g);
(2)根据Cu元素化合价变价计算转移电子数目;在电解池的阳极发生失电子的氧化反应,Cu失去电子,碱性条件下生成Cu2O与H2O,阴极上发生还原反应,水放电生成氢气与氢氧根离子;
(3)液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O,同时放出N2,由守恒可知还生成水;
(4)A.温度影响催化剂的活性;
B.曲线斜率越大,反应速率越大,用不同的方法制备的氧化亚铜的颗粒大小不同;
C.②④曲线斜率较大,说明反应速率较大,催化效果好;
D.催化剂不影响平衡移动.

解答 解:(1)用方法①制取Cu2O时产生有毒气体为CO,
已知:Ⅰ.2Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═Cu2O(s)△H=-169kJ•mol-1
Ⅱ.C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g)△H=-110.5kJ•mol-1
Ⅲ.Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CuO(s)△H=-157kJ•mol-1
根据盖斯定律,Ⅱ-Ⅲ×2-$\frac{1}{2}$×Ⅰ可得:C(s)+2CuO (s)=Cu2O(s)+CO(g)△H=+34.5kJ•mol-1
故答案为:C(s)+2CuO (s)=Cu2O(s)+CO(g)△H=+34.5kJ•mol-1
(2)根据Cu元素化合价变价,可知转移电子数目为0.1mol×2×(1-0)=0.2mol,
在电解池的阳极发生失电子的氧化反应,Cu失去电子,碱性条件下生成Cu2O与H2O,阴极上发生还原反应,水放电生成氢气与氢氧根离子,则阴极负极pH值增大,阳极电极反应式为:2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O,
故答案为:0.2;增大;2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O;
(3)液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O,同时放出N2,由元素守恒可知还生成水,反应化学方程式为:4Cu(OH)2+N2H4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu2O+N2↑+6H2O,
故答案为:4Cu(OH)2+N2H4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu2O+N2↑+6H2O;
(4)A.温度影响催化剂的活性,Cu2O催化水分解时,需要适宜的温度,故A正确;
B.用不同的方法制备的氧化亚铜的颗粒大小不同,由图象可知催化效果不同,则催化效果与Cu2O颗粒的粗细、表面活性等有关,故B正确;
C.②④曲线斜率较大,说明反应速率较大,则②④方法制得的Cu2O催化效率相对较高,故C正确;
D.催化剂只改变反应速率,不影响平衡移动,故D错误.
故答案为:D.

点评 本题考查物质制备方案,涉及热化学方程式、陌生方程式书写、电解原理、氧化还原反应、化学平衡以及反应速率的影响等知识,侧重于学生的分析能力的考查,题目难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:推断题

18.丙酮是一种常用的有机溶剂,也是合成很多有机化合物的重要原料.由丙酮合成药物G的路线如图:

(1)写出化合物C中官能团的名称碳碳双键、羰基;化合物G的分子式为C10H16O3
(2)反应①的类型为加成反应,反应⑥的类型为氧化反应.
(3)反应①还会得到另一产物H,其分子式为C8H14O2,写出H的结构简式
(4)反应⑥的产物为F和CH3COOH(写结构简式).
(5)一分子G消去一分子水可得物质J,同时满足下列条件的J的同分异构体共有11种.
①能与FeCl3溶液发生显色反应;   ②苯环上的取代基有2种共4个.
(6)以CH3OH、CH≡CH为原料合成聚丙烯醇,写出合成流程图(无机试剂任用).合成流程图示例如下:CH2=CH2$\stackrel{HBr}{→}$CH3CH2Br$→_{△}^{NaOH溶液}$CH3CH2OH.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

4.高纯度的氢氧化镁广泛应用于医药、电力等领域.镁硅酸盐矿石可用于生产氢氧化镁,简要工艺流程如下:

己知1:溶液I中除MgSO4外,还含有少量Fe3+、Al3+、Fe2+等离子
2:几种金属阳离子的氢氧化物沉淀时的pH如下表所示:
Fe3+Al3+Fe2+Mg2+
开始沉淀时1.53.36.59.4
沉淀完全时3.75.29.712.4
(1)Mg在周期表中的位置第三周期ⅡA族,Si的原子结构示意图为
(2)向溶液I中加入X的作用是调节溶液pH.
(3)向溶液I中加入的两种试剂先后顺序是H2O2、MgO[Mg(OH)2或MgCO3](填化学式).
(4)加入H2O2溶液反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O.
(5)如图是溶液Ⅱ中Mg2+转化率随温度t的变化示意图:

①向溶液Ⅱ中加入氨水反应的离子方程式是Mg2++2NH3•H2O=Mg(OH)2↓+2NH4+
②t1前Mg2+转化率增大的原因是镁离子与氨水反应是吸热反应,升高温度,平衡右移,Mg2+转化率增大;t1后Mg2+转化率下降的原因是(用化学方程式表示)NH3•H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH3↑+H2O.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

1.下列实验能够获得成功的是(  )
A.检验溴乙烷中的溴:取溴乙烷加氢氧化钠溶液,加热,再加硝酸银溶液有浅黄色沉淀生成
B.检验葡萄糖:在硝酸银溶液中滴加稀氨水至沉淀恰好溶解再加少许葡萄糖溶液,水浴加热
C.检验乙醛:加入2% 硫酸铜溶液2 mL再加入2% NaOH溶液2 mL;加热至沸腾
D.实验室制乙烯:取浓硫酸和乙醇体积比1:3的溶液加热到170℃

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

8.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,还有少量Fe2O3、SiO2等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料,提取的操作过程如图所示:

(1)Ⅰ和Ⅱ步骤中分离滤液和沉淀的操作是过滤.
(2)沉淀M中除含有泥沙外,一定还含有Fe2O3;固体N是Al2O3
(3)滤液X中,含铝元素的溶质的化学式为NaAlO2;它属于盐(填“酸”“碱”或“盐”)类物质.
(4)实验室里常往AlCl3溶液中加入氨水(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3.发生反应的离子方程式为Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
(5)向滤液Y中滴加足量盐酸,发生的离子反应方程式为2H++SiO32-=H2SiO3↓(若没有反应发生,则填“无”)

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

18.在有机化学中,浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂.硝酸在工业上主要以氨催化氧化法生产,某学生小组在实验室探究硝酸的制备和性质.
Ⅰ.硝基苯的制备(图甲)
在100mL锥形瓶中,加入18mL浓硝酸,在冷却和振荡下慢慢加入20mL浓硫酸制成混合酸备用.在250mL三颈烧瓶内加入18mL苯及碎瓷片,三颈烧瓶分别安装温度计、滴液漏斗及冷凝管.从滴液漏斗滴入上述制好的冷的混合酸.控制滴加速度使反应温度维持在50~55℃之间.滴加完毕后,继续控制温度反应15min.
(1)反应过程中,需控制反应温度在50~55℃之间的可能理由是防止浓硝酸分解和苯的挥发(或生成副产物间二硝基苯).
(2)将反应后的混合液移入100mL分液漏斗,经过分液,放出下层(混合酸),然后将有机层依次用等体积的水、5%氢氧化钠溶液、水洗涤后,得到粗硝基苯.氢氧化钠溶液洗涤的作是除去产品中未反应的酸.
(3)粗硝基苯还含有的主要杂质是苯,若在实验室分离宜选用的方法是蒸馏.
Ⅱ.探究硝酸的制备
(1)氨催化氧化的化学方程式为4NH3+5O2$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$4NO+6H2O.
(2)学生小组用如图乙所示装置制取“氨氧化法制硝酸”的原料气,则化合物X可能为NH4HCO3或(NH42CO3(填化学式).
Ⅲ.探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱
某学生小组按图丙所示装置进行试验(夹持仪器已略去).实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO.由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸.可选药品:浓硝酸、3mol•L-1稀硝酸、蒸馏水、浓硝酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳.
(1)实验时应避免有害气体排放到空气中,则装置③、④、⑥中盛放的药品依次是3mol/L稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液.
(2)装置②的作用是将NO2转化为NO.
(3)该小组得出上述结论的实验现象是装置③中液面上方气体仍为无色,装置④中液面上方气体由无色变为红棕色.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

5.草酸晶体(H2C2O4•2H2O)无色,易溶于水,熔点为101℃(失水后能升华),170℃以上分解.其钠、钾、铵盐均易溶于水,而钙盐难溶于水.某实验探究小组对草酸晶体进行加热,并验证其分解产物.

(1)加热草酸晶体最适宜选用c(填装置编号)(图1),不选其它装置的原因是:草酸晶体熔点为101℃,加热熔化为液体从导气管中流出,所以不用a;当170℃以上草酸晶体失去结晶水而成固体,分解生成的水蒸气在试管口冷凝为液体,流回到热的试管底部,使试管炸裂,故b不用.
(2)若将产生的气体直接通入澄清石灰水来检验分解产物中是否含CO2,请你评价正确与否并作简要的解释不正确,草酸受热升华,草酸蒸气进入澄清石灰水生成难溶于水的草酸钙沉淀.
(3)用下列装置(图2)检验草酸的分解产物H2O(g)、CO2和CO.将这种混合气体依次通过d、ca、bf、ek、jg(或h)、h(或g)a、bi(填下列装置中接口的字母,可重复使用).
(4)能否依据Fe2O3质量的减轻来计算分解产生CO的量?不能,其原因是:生成的CO没有完全与Fe2O3反应.
(5)有同学设计下列装置来证明Fe2O3反应后的固体中含有单质铁,你认为可行吗?可行,其原因是:Fe2O3反应后的固体中,只有单质铁才能与稀盐酸反应放出气体;图3中安全漏斗的作用是加盐酸时弯管处存有液体,防止产生的气体从漏斗中逸出.
(6)设计实验证明草酸是弱酸:常温下测定已知浓度c(H2CO4)溶液的pH,若溶液pH>-lgc(H2CO4),常温下测定已知浓度c(H2CO4)溶液的pH,若溶液pH>-lgc(H2CO4),则H2CO4为弱酸或弱电解质存在电离平衡、不完全电离等性质,测定草酸钠溶液的PH,如大于7,则为弱酸.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.在一定温度下的定容容器中,当下列物理量不再发生变化时,表明反应A(s)+2B(g)?C(g)+D(g) 已达到化学平衡状态的是(  )
A.B的物质的量浓度B.混合气体的压强
C.混合气体总物质的量D.v(C)与v(D)的比值

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科目:高中化学 来源: 题型:多选题

3.Cl2和SO2都具有漂白作用,能使品红溶液褪色.若将等物质的量的Cl2、SO2混合后,再通入品红溶液与BaCl2的混合溶液,能观察到的现象是(  )
A.溶液很快褪色B.溶液不褪色C.出现沉淀D.不出现沉淀

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