Question

11．納米級(jí)Cu₂O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注，下表為制取Cu₂O的三種方法：

方法Ⅰ	用炭粉在高溫條件下還原CuO
方法Ⅱ	電解法：2Cu+H2O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu2O+H2↑
方法Ⅲ	用肼（N2H4）還原新制Cu（OH）2

（1）工業(yè)上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu₂O而很少用方法Ⅰ，其原因是反應(yīng)條件不易控制，若控溫不當(dāng)易生成Cu而使Cu₂O產(chǎn)率降低．
（2）方法Ⅰ制備過(guò)程會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，每生成1g該有毒氣體，能量變化a kJ，寫出制備反應(yīng)的熱化學(xué)方程式2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+28akJ•mol^-1．
（3）方法Ⅱ采用離子交換膜控制電解液中OH^-的濃度而制備納米Cu₂O，裝置如圖所示，該電池的陽(yáng)極生成Cu₂O反應(yīng)式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
（4）方法Ⅲ為加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來(lái)制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂．該制法的化學(xué)方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O．
（5）方法Ⅲ可以用甲醛稀溶液替代肼，但因反應(yīng)溫度較高而使部分產(chǎn)品顆粒過(guò)大，過(guò)濾（填操作名稱）可分離出顆粒過(guò)大的Cu₂O．
（6）在相同的密閉容器中，用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu₂O分別進(jìn)行催化分解水的實(shí)驗(yàn)：2H₂O（g）$\frac{\underline{\;光照\(chéng);}}{Cu_{2}O}$2H₂（g）+O₂（g）△H＞0水蒸氣的濃度（mol•L^-1）隨時(shí)間t（min）變化如下表：

序號(hào)	溫度	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

可以判斷：實(shí)驗(yàn)①的前20 min的平均反應(yīng)速率 ν（O₂）=3.5×10^-5 mol•L^-1 min^-1；實(shí)驗(yàn)溫度T₁＜T₂（填“＞”、“＜”）；催化劑的催化效率：實(shí)驗(yàn)①＜實(shí)驗(yàn)②（填“＞”、“＜”）．

Answer 1

分析 （1）炭粉在高溫條件下還原CuO易生成Cu；
（2）方法Ⅰ制備過(guò)程會(huì)產(chǎn)生有毒氣體為CO，生成1gCO，能量變化a kJ，則生成1molCO放出28a kJ的熱量，據(jù)此書寫熱化學(xué)方程式；
（3）在電解池的陽(yáng)極發(fā)生失電子得還原反應(yīng)；
（4）根據(jù)“液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來(lái)制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂”來(lái)書寫化學(xué)方程式；
（5）在溶液中分離較大顆粒用過(guò)濾的方法；
（6）根據(jù)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$來(lái)計(jì)算v（H₂O），再據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比求算v（O₂）；根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來(lái)回答；催化劑不會(huì)引起化學(xué)平衡狀態(tài)的改變，會(huì)使反應(yīng)速率加快．

解答 解：（1）炭粉在高溫條件下還原CuO易生成Cu，反應(yīng)不易控制，
故答案為：Cu；
（2）方法Ⅰ制備過(guò)程會(huì)產(chǎn)生有毒氣體為CO，生成1gCO，能量變化a kJ，則生成1molCO放出28a kJ的熱量，所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+28akJ•mol^-1 ，
故答案為：2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+28akJ•mol^-1；
（3）在電解池中，當(dāng)陽(yáng)極是活潑電極時(shí)，該電機(jī)本身發(fā)生失電子得還原反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，金屬銅失去電子的電極反應(yīng)為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（4）根據(jù)題目信息：液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來(lái)制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂，得出化學(xué)方程式為：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，
故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
（5）在溶液中，有較大的顆粒，用過(guò)濾法分離，
故答案為：過(guò)濾；
（6）實(shí)驗(yàn)①前20min的平均反應(yīng)速率 v（H₂O）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.05mol/L-0.0486mol/L}{20min}$=7×10^-5 mol•L^-1 min^-1，所以v（O₂）=$\frac{1}{2}$×7×10^-5 mol•L^-1 min^-1=3.5×10^-5 mol•L^-1 min^-1；實(shí)驗(yàn)溫度越高達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)水蒸氣轉(zhuǎn)化率越大，②和③相比，③轉(zhuǎn)化率高所以T₂＞T₁；催化劑不會(huì)引起化學(xué)平衡狀態(tài)的改變，會(huì)使反應(yīng)速率加快，反應(yīng)②比反應(yīng)①達(dá)到平衡所用時(shí)間短，平衡狀態(tài)相同，反應(yīng)速率快，所以①＜②，
故答案為：3.5×10^-5 mol•L^-1 min^-1；＜；＜．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道有關(guān)熱化學(xué)、電化學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)限度的綜合題，考查角度廣，難度大．