Question

8．納米級(jí)Cu₂O由于具有優(yōu)良的催化性能而備受關(guān)注，下表為制取納米級(jí)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，反應(yīng)為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）已知：
2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-akJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-bkJ•mol^-1
Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-ckJ•mol^-1
則方法Ⅰ發(fā)生的反應(yīng)：2CuO（s）+C（s）═Cu₂O（s）+CO（g）；△H=-（a+b-2c）kJ/mol．
（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，電解裝置如圖所示．
①陽(yáng)極上的產(chǎn)物是Cu₂O
②陽(yáng)極生成Cu₂O，其電極反應(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，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O
（5）肼又稱(chēng)聯(lián)氨，易溶于水，是與氨類(lèi)似的弱堿，用電離方程式表示肼的水溶液顯堿性的原因N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-．
（6）向1L恒容密閉容器中充入0.1molN₂H₄，在30℃、Ni-Pt催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g），測(cè)得混合物體系中，$\frac{n（{H}_{2}）+n（{N}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$（用y表示）與時(shí)間的關(guān)系如圖所示．0-4min時(shí)間內(nèi)H₂的平均生成速率v（H₂）=0.025mol/（L•min）；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)=0.01．
（7）肼-空氣清潔燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液時(shí)20%-30%的KOH溶液．肼-空氣燃料電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式是N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑．電池工作一點(diǎn)時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的pH將減小 （填“增大”、“減小”、“不變”）．

Answer 1

分析 （1）碳粉在高溫下易將氧化銅還原為銅單質(zhì)；
（2）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-akJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-bkJ•mol^-1
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-ckJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：①+②-2×③可得2CuO（s）+C（s）═Cu₂O（s）+CO（g）；
（3）根據(jù)在電解池的陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(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(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（5）肼易溶于水，它是與氨類(lèi)似的弱堿，則電離生成OH^-和陽(yáng)離子；
（6）設(shè)平衡時(shí)n（N₂）=a，n（H₂）=2a，
n（N₂H₄）=0.1 mol-a，則：3a=3.0×（0.1 mol-a），a=0.05 mol，
υ（H₂）=$\frac{△c}{△t}$，K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（{N}_{2}{H}_{4}）}$計(jì)算；
（7）N₂H₄/空氣在堿溶液中構(gòu)成電池，N₂H₄在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，O₂在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O，正極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電池總反應(yīng)為：N₂H₄+O₂=N₂↑+2H₂O，據(jù)此判斷pH．

解答 解：（1）用炭粉在高溫條件下還原CuO制備Cu₂O，若溫度控制不當(dāng)，易將CuO還原為Cu單質(zhì)；
故答案為：Cu；
（2）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-akJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-bkJ•mol^-1
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-ckJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：①+②-2×③可得2CuO（s）+C（s）═Cu₂O（s）+CO（g）△H=-（a+b-2c）kJ/mol；
故答案為：-（a+b-2c）kJ/mol；
（3）在電解池中，當(dāng)陽(yáng)極是活潑電極時(shí)，該電極本身發(fā)生失電子的反應(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：①Cu₂O；②2Cu-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{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
（5）肼易溶于水，它是與氨類(lèi)似的弱堿，則電離生成OH^-和陽(yáng)離子，
電離方程式為N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-；
故答案為：N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-；
（6）設(shè)平衡時(shí)n（N₂）=a，n（H₂）=2a，
n（N₂H₄）=0.1 mol-a，則：3a=3.0×（0.1 mol-a），a=0.05 mol．
υ（H₂）=$\frac{0.05mol×2}{1L×4min}$=0.025mol/（L•min），K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（{N}_{2}{H}_{4}）}$=$\frac{（0.05÷1）•（0.05×2÷1）^{2}}{0.1-0.05}$=0.01；

故答案為：0.025；0.01；
（7）根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)分析，產(chǎn)生環(huán)保，電池總反應(yīng)為N₂H₄+O₂=N₂↑+2H₂O，燃料在負(fù)極失電子發(fā)性氧化反應(yīng)，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，在酸性條件下生成水，在堿性條件下生成氫氧根，所以正極反應(yīng)為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，總反應(yīng)減正極得到負(fù)極反應(yīng)式：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，原電池反應(yīng)生成水，溶液濃度降低，電解質(zhì)溶液的pH將降低；
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；減�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)、蓋斯定律以及電化學(xué)等知識(shí)，題目難度中等，注意把握電化學(xué)原理結(jié)合題意判斷．