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(15分)纳米级Cu2 O 粉末,由于量子尺寸效应,其具有特殊的光学、电学及光电化学性质,在太阳电池、传感器、超导体、制氢和电致变色、环境中处理有机污染物等方面有着潜在的应用。
Ⅰ.纳米氧化亚铜的制备
(1)四种制取Cu2O的方法如下:
①火法还原。用炭粉在高温条件下还原CuO;
②最新实验研究用肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2可制备纳米级Cu2O,同时放出N2
已知:N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(l)   △H="-a" kJ/mol
Cu(OH)2(s)CuO(s)+H2O(l)  △H="b" kJ/mol
4CuO(s)2Cu2O(s)+O2(g)      △H="c" kJ/mol
则该方法制备Cu2O的热化学方程式为                                             
③工业中主要采用电解法:用铜和钛作电极,电解氯化钠和氢氧化钠的混合溶液,电解总方程式为:2Cu+H2OCu2O+H2↑,则阳极反应式为:                               
④还可采用Na2SO3还原CuSO4法:将Na2SO3 和CuSO4加入溶解槽中,制成一定浓度的溶液,通入蒸气加热,于100℃~104℃间反应即可制得。写出该反应的化学方程式:               
Ⅱ.纳米氧化亚铜的应用
(2)用制得的Cu2O进行催化分解水的实验
①一定温度下,在2 L密闭容器中加入纳米级Cu2O并通入10. 0 mol水蒸气,发生反应:
2H2O(g)2H2(g)+O2(g) △H=+484 kJ·mol1
T1温度下不同时段产生O2的量见下表:
时间/min
20
40
60
80
n(O2)/mol
1.0
1.6
2.0
2.0
前20 min的反应速率v(H2O)=                       ;该该温度下,反应的平衡常数的表达式K             ;若T2温度下K=0.4,T1         T2(填>、<、=)
②右图表示在t1时刻达到平衡后,只改变一个条件又达到平衡的不同时段内,H2的浓度随时间变化的情况,则t1时平衡的移动方向为      ,t2时改变的条件可能为              ;若以K1、K2、K3分别表示t1时刻起改变条件的三个时间段内的平衡常数,t3时刻没有加入或减少体系中的任何物质,则K1、K2、K3的关系为                

③用以上四种方法制得的Cu2O在其它条件相同下分别对水催化分解,产生氢气的速率v随时间t变化如图所示。下列叙述正确的是          

A.方法③、④制得的Cu2O催化效率相对较高
B.方法④制得的Cu2O作催化剂时,水的平衡转化率最高
C.催化效果与Cu2O颗粒的粗细、表面活性等有
D.Cu2O催化水分解时,需要适宜的温度
Ⅰ、(1)②4Cu(OH)2(s)+ N2H4(l)2Cu2O(s)+N2(g)+6H2O(l) △H=4b+c-a  kJ/mol  (2分)
③2Cu+2OH-—2e-=Cu2O+H2O(2分)
④2CuSO4+3Na2SO3=Cu2O+3Na2SO4+2SO2↑(2分)
Ⅱ、(2)①5.0×102 mol·L1·min1 (1分)      (1分)     >(1分)
②逆向(1分)      增大压强或增大浓度 (1分)  (2分)
③ACD(2分)
Ⅰ、(1)②考查盖斯定律的应用。根据已知反应可知,②×4+③-①即得到4Cu(OH)2(s)+ N2H4(l)2Cu2O(s)+N2(g)+6H2O(l),所以反应热△H=(4b+c-a)kJ/mo。
③电解池中阳极失去电子,所以根据总反应式可知,阳极是铜失去电子,被氧化生成氧化亚铜,方程式为2Cu+2OH-—2e-=Cu2O+H2O。
④亚硫酸钠是还原剂,其氧化产物是硫酸钠。硫酸铜是氧化产物,根据电子得失守恒可知,还原产物是氧化亚铜和SO2,所以方程式为2CuSO4+3Na2SO3=Cu2O+3Na2SO4+2SO2↑。
Ⅱ、(2)①前20 min生成氧气是1.0mol,所以消耗水蒸气是2.0mol,所以反应速率是。平衡常数是在可逆反应达到平衡时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以表达式为K。T1时平衡体系中氧气时2mol,氢气是4mol,水蒸气是6mol,因此平衡常数=。T2温度下K=0.4<4/9,则平衡逆反应方向移动,由于正反应是吸热反应,所以温度是T1大于T2。
②t1时氢气的浓度减小,说明所以向逆反应方向移动。T2时氢气的浓度增大,然后逐渐减小,说明改变的条件是增大压强或增大浓度。t3时刻没有加入或减少体系中的任何物质,由于氢气的浓度逐渐增大,说明改变的条件是升高温度,所以关系为
③根据图像可知,曲线4的反应速率最快,但催化剂不能改变平衡状态,即不能改变转化率,B是错误的,其余都是正确的,答案选ACD。
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源:不详 题型:计算题

高炉炼铁是冶炼铁的主要方法,发生的主要反应为:
Fe2O3(s)+3CO(g)?2Fe(s)+3CO2(g) △H
(1)已知:①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g) △H1="+489.0" KJ·mol-1
②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172.5KJ·mol-1
则△H=   KJ?mol-1
(2)高炉炼铁反应的平衡常数表达式K=   ,温度升高后,K值   (填“增大”、“不变”或“减小”)。
(3)在T℃时,该反应的平衡常数K=64,在2L恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡。
 
Fe2O3
CO
Fe
CO2
甲/mol
1.0
1.0
1.0
1.0
乙/mol
1.0
2.0
1.0
1.0
 
①甲容器中CO的平衡转化率为   
②下列说法正确的是   (填字母)。
A.当容器内气体密度恒定,表明反应达到平衡状态
B.甲容器中CO的平衡时的速率小于乙容器中CO平衡时的速率
C.甲、乙容器中,CO的平衡浓度之比为3:2  
D.增加Fe2O3的量可以提高CO的转化率
(4)汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素,一种CO分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准,该分析仪的工作原理类似燃料电池,其中电解质是氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在高温熔融状态下能传导O2(过程中无气体产生),则负极的反应式为   

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科目:高中化学 来源:不详 题型:单选题

化学平衡常数(K)、弱酸的电离平衡常数(Ka)、难溶物的溶度积常数(KSP)是判断物质性质或变化的重要的平衡常数。下列关于这些常数的说法中,正确的是
A.平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂等有关
B.当温度升高时,弱酸的电离平衡常数Ka变小
C.KSP(AgCl) > KSP(AgI) ,由此可以判断AgCl(s) + I(aq)= AgI(s)+ Cl(aq)能够发生
D.Ka(HCN) < Ka(CH3COOH) ,说明物质的量浓度相同时,氢氰酸的酸性比醋酸强

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科目:高中化学 来源:不详 题型:填空题

请回答下列化学有关问题:
(1)现代工业将煤汽化,既可以提高燃料的利用率、减少CO、SO2等的排放,又可以扩大水煤气的用途。
①已知:2C(s)+O2(g)=2CO(g);ΔH1 ,  2H2(g)+O2(g)=2H2O(g);ΔH2
则反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g);ΔH       。(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)
②CO和H2在一定条件下合成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g);ΔH3。现在容积均为1L的a、b、c、d、e五个密闭容器中分别充入1mol CO和2mol H2的混合气体,控温,进行实验测得相关数据如下图1和图2。

a. 该反应的ΔH3    0(选填“<”、“>”或“=”,下同), K1    K2  
b. 将容器d中的平衡状态转变到容器c中的平衡状态,可采取的措施有          
(2)煤汽化后的煤渣可提炼重金属。右图为某温度下,Fe(OH)3(s)、Mg(OH)2(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后,改变溶液的pH,金属阳离子浓度变化情况。据图分析:

该温度下,溶度积常数的关系为:Ksp[ Fe(OH)3]____Ksp[Mg(OH)2]
(填:>、=、<);如果在新生成的Mg(OH)2浊液中滴入足量的Fe3+,振荡后,白色沉淀会全部转化为红褐色沉淀,原因是           

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科目:高中化学 来源:不详 题型:填空题

(10分)利用所学化学反应原理,解决以下问题:
(1)某溶液含两种相同物质的量的溶质,溶液中只存在OH、H、NH4、Cl四种离子,且c(NH4)>c(Cl)>c(OH)>c(H),则这两种溶质是      _________         
(2)0.1 mol·L-1的氨水与0.05 mol·L-1的稀硫酸等体积混合,用离子方程式表示混合后溶液的酸碱性:                                              
(3)以石墨电极电解100 mL 0.1 mol·L-1CuSO4溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.01 mol,则阴极上析出Cu的质量为         g。
(4)将AgCl分别放入①5mL H2O ②10mL0.2mol·L-1 MgCl2③20 mL0.5mol·L-1 NaCl溶液④40 mL0.1mol·L-1HCl中溶解至饱和,各溶液中Ag+的浓度由大到小的顺序是________________
(5)向20 mL硫酸和盐酸的混合液中逐滴加入pH=13的Ba(OH)2溶液,生成BaSO4的量如右图所示,B点溶液的pH=7(忽略溶液体积变化),则c(HCl)=_________mol·L-1

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科目:高中化学 来源:不详 题型:填空题

I.已知:TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g) △H=+140kJ·mol1
2C(s)+O2(g)=2CO(g)         △H=-221kJ·mol1
写出TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4和CO气体的热化学方程式:                
II.将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)
则可以判断该分解反应已经达到平衡状态的是        
A.2v(NH3)=v(CO2)                  B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变       D.密闭容器中氨气的体积分数不变
III.以丙烷为燃料制作新型燃料电池,电解质是熔融碳酸盐。电池的一极通入O2和CO2,电极反应式为:O2+2CO2+4e-=2CO32-;另一极通入丙烷,电极反应式为                ;放电时,CO32移向电池的         (填“正”或“负”)极。
IV.如图装置所示,C、D、E、F都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和物质的量浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F极附近呈红色。

⑴若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为         
⑵现用丙装置作“铜的电解精炼”,则H应该是          。(填“纯铜”或“粗铜”)。
⑶上图甲装置电解CuSO4溶液一段时间后,向所得溶液中加入0.2mol Cu(OH)2后,恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则乙装置中,若不考虑Cl2的溶解及与碱的反应,此装置共产生气体       L(标准状况)。

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科目:高中化学 来源:不详 题型:单选题

下列各组数据中,前者一定比后者大的是
A.常温下pH相同的KOH溶液和K2CO3溶液中由水电离出的c(OH-)
B.浓度均为0.1mol·L-1的(NH4)2CO3溶液和(NH4)2SO4溶液中的c(NH4+)
C.3 L 0.1 mol·L-1CH3COOH溶液和1L 0.3 mol·L-1CH3COOH溶液中的H+离子数
D.中和pH与体积均相同的NaOH溶液和氨水,所消耗H­2SO4的物质的量

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科目:高中化学 来源:不详 题型:填空题

(10分)Q、W、X、Y、Z是5种短周期元素,原子序数逐渐增大,Q与W组成的化合物是天然气的主要成分,W与Y、X与Y组成的化合物是机动车排出的大气污染物,Y和Z能形成原子个数比为1︰1和l︰2的两种离子化合物。
(1)W在元素周期表中的位置是      周期      族。
(2)工业合成XQ3是放热反应。下列措施中,既能加快反应速率,又能提高原料利用率是         。(填写序号)
A.升高温度B.加入催化剂C.将XQ3及时分离出去D.增大反应体系的压强
(3)2.24 L(标准状况)XQ3被200 mL l mol/L QXY3溶液吸收后,所得溶液中离子浓度从大到小的顺序是                        。(用离子符号表示)
(4)WQ4Y与Y2的反应可将化学能转化为电能,其工作原理如右图所示,a极的电极反应是                        

(5)已知:W(s)+Y2(g)=WY2(g);H=-393.5kJ/mol
WY(g)+Y2(g)=WY2(g);H=-238.0kJ/mol。则 24g W与一定量的Y2反应,放出热量362.5 kJ,所得产物成分及物质的量之比为              
(6)X和Z组成的一种离子化合物,能与水反应生成两种碱,该反应的化学方程式为              

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科目:高中化学 来源:不详 题型:填空题

(8分)运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义。
(1)合成氨反应N2 (g)+3H2(g) 2NH3(g),若在恒温、恒压条件下向平恒体系中通入氩气,则平衡          移动(填“向左”“向右”或“不”);使用催化剂          反应的△H(填“增大” “减小” 或“不改变”)。
(2)已知:O2 (g)=O2+(g)+e-                       H1=" 1175.7" kJ·mol-1
PtF6(g)+ e-==PtF6-(g)                                   H2=" —771.1" kJ·mol-1
O2+PtF6-(S)=O2+ (g)+ PtF6-(g)                         H3=" 482.2" kJ·mol-1
则反应O2(g)+ PtF6(g)= O2+PtF6-(S)  的H=             kJ·mol-1
(3)在25℃下,向浓度均为0.1 mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成         沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为____________。已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,KsP [Cu(OH)2]=2.2×10-20
(4)在25℃下,将a mol·L-1的氨水与0.01 mol·L-1的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中c(NH4+)=c(Cl-)。则溶液显           性(填“酸”“碱”或“中”);用含的代数式表示NH3·H2O的电离常数Kb=         

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