Question

19．納米氧化亞銅在水的光解等領(lǐng)域具有極大應(yīng)用潛能，是極具開(kāi)發(fā)前景的綠色環(huán)保光催化劑．目前主要的合成方法有電解法、高溫固相法等．
（1）有研究表明陽(yáng)極氧化法成功制得了Cu₂O 納米陣列，裝置如圖：該電池的陽(yáng)極反應(yīng)方程式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O離子交換膜為陰（填陽(yáng)或陰）離子交換膜，銅網(wǎng)應(yīng)連接電源的正極．
（2）在高溫下用甲烷將粉狀CuO 還原也可制得Cu₂O．
已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）；△H=-169kJ•mol^-1
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-846.3kJ•mol^-1
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）；△H=-157kJ•mol^-1
則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是：8CuO（s）+CH₄（g）=4Cu₂O（s）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-266.3kJ/mol．
（3）在相同的密閉容器中，用等質(zhì)量的三種納米Cu₂O（用不同方法制得）分別進(jìn)行催化分解水的實(shí)驗(yàn)：2H₂O（g）$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H＞0．水蒸氣濃度隨時(shí)間t變化如下表所示：

序號(hào)		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

①對(duì)比實(shí)驗(yàn)的溫度：T₂＞T₁（填“＞”“＜”或“﹦”），原因是因?yàn)樵摲磻?yīng)的正反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱较颍�升溫，平衡正向移�?dòng)，平衡常數(shù)增大，③的平衡常數(shù)大于①，說(shuō)明T₂大于T₁．
②實(shí)驗(yàn)①前20min的平均反應(yīng)速率 v（O₂）=3.5×10^-5mol/（L•min）
③比較不同方法制得的Cu₂O的催化效果應(yīng)選用①和②組實(shí)驗(yàn)，原因是除催化劑外，其他條件相同．

Answer 1

分析 （1）陽(yáng)極氧化法制Cu₂O，銅失去電子，根據(jù)電荷守恒，溶液中有氫氧根離子參與反應(yīng)，離子交換膜需允許氫氧根離子通過(guò)，銅網(wǎng)作陽(yáng)極，與電源的正極相連；
（2）根據(jù)蓋斯定律知，目標(biāo)反應(yīng)相當(dāng)于②-③×8+①×4；
（3）①該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率增大；
②先計(jì)算水蒸氣反應(yīng)速率，再根據(jù)同一反應(yīng)中同一段時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氧氣反應(yīng)速率；
③研究催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響，只能讓催化劑作為變量，其余的均相同．

解答 解：（1）陽(yáng)極氧化法制Cu₂O，銅失去電子，根據(jù)電荷守恒，溶液中有氫氧根離子參與反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，離子交換膜需允許氫氧根離子通過(guò)，過(guò)為陰離子交換膜；銅網(wǎng)作陽(yáng)極，與電源的正極相連，
故答案為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；陰；正；
（2）目標(biāo)反應(yīng)為8CuO（s）+CH₄（g）=4Cu₂O（s）+CO₂（g）+2H₂O（g），根據(jù)蓋斯定律知，目標(biāo)反應(yīng)相當(dāng)于②-③×8+①×4，故△H=（-846.3）+[-（157）×8]+（-169）×4=-266.3kJ/mol，
故答案為：8CuO（s）+CH₄（g）=4Cu₂O（s）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-266.3kJ/mol；
（3）①因?yàn)樵摲磻?yīng)的正反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱较�，升溫，平衡正向移�?dòng)，平衡常數(shù)增大，③的平衡常數(shù)大于①，所以T₂＞T₁，
故答案為：＞；因?yàn)樵摲磻?yīng)的正反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱较颍�升溫，平衡正向移�?dòng)，平衡常數(shù)增大，③的平衡常數(shù)大于①，說(shuō)明T₂大于T₁；
②前20min內(nèi)水蒸氣反應(yīng)速率=$\frac{0.050-0.0486}{20-0}$mol/（L．min）=7×10^-5mol/（L•min），同一反應(yīng)中同一段時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比，則氧氣反應(yīng)速率=3.5×10^-5mol/（L•min），
故答案為：3.5×10^-5mol/（L•min）；
③研究催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響，只能讓催化劑作為變量，其余的均相同，從數(shù)據(jù)表格知①和②為研究催化劑對(duì)反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)，
故答案為：①和②；除催化劑外，其他條件相同．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，涉及化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、電解原理、蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，題目難度中等．