Question

13．納米級Cu₂O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注，它可作為太陽光分解水的催化劑；通常制取Cu₂O有下列4種方法：

（1）已知：
2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169kJ•mol^-1，
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157kJ•mol^-1
用方法①制取Cu₂O時(shí)產(chǎn)生有毒氣體，則發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1；
（2）方法②中采用陰離子交換膜控制電解液中OH^-的濃度得到納米級Cu₂O，當(dāng)生成0.1molCu₂O時(shí)，轉(zhuǎn)移0.2mol電子，電解一段時(shí)間后陰極附近溶液的pH增大（填“增大”、“減小”或“不變”），其陽極的電極反應(yīng)式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（3）方法④制備納米級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；
（4）用以上四種方法制得的Cu₂O在某相同條件下分別對水催化分解，產(chǎn)生氫氣的體積V（H₂）隨時(shí)間t變化如圖2所示．下列敘述錯(cuò)誤的是D（填字母）
A．Cu₂O催化水分解時(shí)，需要適宜的溫度
B．催化效果與Cu₂O顆粒的粗細(xì)、表面活性等有關(guān)
C．方法②④制得的Cu₂O催化效率相對較高
D．方法④制得的Cu₂O作催化劑時(shí)，水的平衡轉(zhuǎn)化率最高．

Answer 1

分析 （1）用方法①制取Cu₂O時(shí)產(chǎn)生有毒氣體為CO，
已知：Ⅰ．2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169kJ•mol^-1，
Ⅱ．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
Ⅲ．Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，Ⅱ-Ⅲ×2-$\frac{1}{2}$×Ⅰ可得：C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g）；
（2）根據(jù)Cu元素化合價(jià)變價(jià)計(jì)算轉(zhuǎn)移電子數(shù)目；在電解池的陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，Cu失去電子，堿性條件下生成Cu₂O與H₂O，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，水放電生成氫氣與氫氧根離子；
（3）液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時(shí)放出N₂，由守恒可知還生成水；
（4）A．溫度影響催化劑的活性；
B．曲線斜率越大，反應(yīng)速率越大，用不同的方法制備的氧化亞銅的顆粒大小不同；
C．②④曲線斜率較大，說明反應(yīng)速率較大，催化效果好；
D．催化劑不影響平衡移動．

解答 解：（1）用方法①制取Cu₂O時(shí)產(chǎn)生有毒氣體為CO，
已知：Ⅰ．2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169kJ•mol^-1，
Ⅱ．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
Ⅲ．Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，Ⅱ-Ⅲ×2-$\frac{1}{2}$×Ⅰ可得：C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1；
（2）根據(jù)Cu元素化合價(jià)變價(jià)，可知轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為0.1mol×2×（1-0）=0.2mol，
在電解池的陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，Cu失去電子，堿性條件下生成Cu₂O與H₂O，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，水放電生成氫氣與氫氧根離子，則陰極負(fù)極pH值增大，陽極電極反應(yīng)式為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案為：0.2；增大；2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（3）液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時(shí)放出N₂，由元素守恒可知還生成水，反應(yīng)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；
（4）A．溫度影響催化劑的活性，Cu₂O催化水分解時(shí)，需要適宜的溫度，故A正確；
B．用不同的方法制備的氧化亞銅的顆粒大小不同，由圖象可知催化效果不同，則催化效果與Cu₂O顆粒的粗細(xì)、表面活性等有關(guān)，故B正確；
C．②④曲線斜率較大，說明反應(yīng)速率較大，則②④方法制得的Cu₂O催化效率相對較高，故C正確；
D．催化劑只改變反應(yīng)速率，不影響平衡移動，故D錯(cuò)誤．
故答案為：D．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備方案，涉及熱化學(xué)方程式、陌生方程式書寫、電解原理、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)平衡以及反應(yīng)速率的影響等知識，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，題目難度中等．