Question

科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)納米級的Cu₂O可作為太陽光分解水的催化劑．
（1）火法還原CuO可制得Cu₂O．已知：
1g C（s）燃燒全部生成CO時放出熱量9.2kJ；Cu₂O（s）與O₂（g）反應(yīng)的能量變化如右圖所示；請寫出用足量炭粉還原CuO（s）制備Cu₂O（s）的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）在加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時生成N₂和H₂O．該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．當(dāng)生成N₂ 11.2L（已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）時，可制備納米級Cu₂O的質(zhì)量為

 

．
（3）某興趣小組同學(xué)以納米級Cu₂O催化光解水蒸氣并探究外界條件對化學(xué)平衡的影響．
①在體積均為1L，溫度分別為T₁、T₂的A、B兩密閉容器中都加入納米級Cu₂O并通人0.1mol水蒸氣，發(fā)生反應(yīng)：2H₂O（g）

光照  .

Cu2O

2H₂（g）+O₂△H=484kJ?mol^-1
經(jīng)測定A、B兩容器在反應(yīng)過程中發(fā)生如圖1所示變化，則A、B兩容器反應(yīng)的溫度T₁

 

T₂ （填“＜”、“=”或“＞”），該過程中A容器至少需要吸收能量

 

kJ；

②當(dāng)該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時，下列既能增大反應(yīng)速率，又能增大H₂O（g）分解率的措施是

 

（填序號）．
A．向平衡混合物中充入Ar    B．升高反應(yīng)的溫度  C．增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)  D．向平衡混合物中充人O₂
③如圖2所示，當(dāng)關(guān)閉K時，向容器A、B中分別充入0.2mol H₂O（g）向B中充入0.2mol H₂O（g），起始時V（A）=V（B）=1L．在相同溫度（反應(yīng)過程中溫度保持不變，B中活塞可以自由滑動）和催化劑存在的條件下，達(dá)到平衡時，V（B）=1.2L．請回答：
A中H₂O（g）的分解率

 

B中H₂O的分解率．（填“＜”、“=”或“＞”）．打開K，過一段時間重新達(dá)平衡時，B的體積為

 

L．（連通管中氣體體積不計）

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的影響因素,熱化學(xué)方程式

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）分析圖象結(jié)合熱化學(xué)方程式和蓋斯定律解答．
（2）液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時生成N₂和H₂O，根據(jù)原子守恒配平書寫化學(xué)方程式，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目守恒計算；
（3）①依據(jù)化學(xué)方程式結(jié)合圖象中t₁中氫氣含量計算分析；
②既能增大反應(yīng)速率，又能增大H₂O（g）分解率的條件為升溫，減壓，依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
③A為恒溫恒容容器，B為恒溫恒壓容器，隨反應(yīng)進(jìn)行A容器中壓強(qiáng)增大，B容器中為維持恒壓，體積增大，平衡正向進(jìn)行，所以A容器中水的分解率小于B中容器中水的分解率，打開K，過一段時間重新達(dá)平衡時，為恒壓容器，物質(zhì)的量之比等于體積之比，平衡后體積為2.4L；

解答： 解：（1）已知：1g C（s）燃燒全部生成CO時放出熱量9.2kJ；24gC燃燒生成一氧化碳放熱220.8KJ，熱化學(xué)方程式為：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-220.8kJ?mol^-1，依據(jù)圖象書寫熱化學(xué)方程式2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ?mol^-1；
①2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ?mol^-1     
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-220.8kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①得4CuO（s）+2C（s）=2CO（g）+2Cu₂O（s），△H=+71kJ?mol^-1
即2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.6kJ?mol^-1
故答案為：2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.6kJ?mol^-1．
（2）用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時生成N₂和H₂O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Cu（OH）₂+N₂H₄=2Cu₂O+N₂+6H₂O，令生成的Cu₂O的物質(zhì)的量為nmol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目守恒，則有
nmol×2×（1-0）=

11.2L

22.4L/mol

×2×[0-（-2）]，解得n=1mol；
所以可制備Cu₂O的質(zhì)量為1mol×144g/mol=144g．
故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄=2Cu₂O+N₂+6H₂O，144g；
（3）①依據(jù)化學(xué)方程式計算；依據(jù)圖象中氫氣百分含量為50%，設(shè)反應(yīng)的水的物質(zhì)的量為x
2H₂O（g）

光照  .

Cu2O

2H₂（g）+O₂ △H=484kJ?mol^-1
2mol                               484KJ
x             x         0.5x

x

0.1mol-x+x+0.5x

=50%，
計算得到x=

1

15

mol；反應(yīng)放熱=

1 15 ×484KJ

2

=16.1KJ；
水的分解率=

1 15

0.1

×100%=66，7%，和T₂溫度下水的分解率為50%，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度越高水的分解率越大；所以T₁＞T₂；
故答案為：＞，16.1；
②既能增大反應(yīng)速率，又能增大H₂O（g）分解率的條件為升溫，減壓，依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
A．向平衡混合物中充入Ar，增大體系壓強(qiáng)，平衡逆向進(jìn)行，故A不符合；   
 B．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高反應(yīng)的溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，水的分解率增大，故B符合；
C．反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)，平衡逆向進(jìn)行，故C不符合；
D．向平衡混合物中充人O₂，平衡逆向進(jìn)行，故D不符合；
故答案為：B；
③A為恒溫恒容容器，B為恒溫恒壓容器，隨反應(yīng)進(jìn)行A容器中壓強(qiáng)增大，B容器中為維持恒壓，體積增大，平衡正向進(jìn)行，所以A容器中水的分解率小于B中容器中水的分解率，打開K，過一段時間重新達(dá)平衡時，為恒壓容器，物質(zhì)的量之比等于體積之比，平衡后體積為2.4L，B的體積為2.4L-1L=1.4L；
故答案為：＜，1.4；

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫方法和蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素分析判斷，注意平衡建立的條件分析應(yīng)用，題目難度中等．