Question

（14分）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 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 而使Cu2O產(chǎn)率降低。

（2）已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=akJ·mol—1；

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=bkJ·mol—1；

③2Cu2O(s)+O2(g)=4CuO(s) △H=ckJ·mol—1.

方法Ⅰ制備過(guò)程會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，寫出制備反應(yīng)的熱化學(xué)方程式 。

（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 。

（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 。

（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， （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)：

⊿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)＝ ；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

（1）銅或Cu（1分）

（2）2CuO(s)＋C(s)＝Cu2O(s)＋CO(g) ΔH＝1/2(2a—b—c) kJ·mol－1（2分）

（3）2Cu－2e－＋2OH－＝Cu2O＋H2O（2分）

（4）4Cu(OH)2＋N2H42Cu2O＋N2↑＋6H2O（3分）

（5）過(guò)濾（2分） （6）3.5×10-5 mol·L-1 min-1（2分） <（1分） <（1分）

【解析】

試題分析：（1）在高溫下，碳有可能把氧化銅還原生成銅，而使Cu2O產(chǎn)率降低。（2）根據(jù)蓋斯定律可知，①—②×1/2－③×1/2即得到反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CuO(s)＋C(s)＝Cu2O(s)＋CO(g) ΔH＝1/2(2a—b—c) kJ·mol－1。（3）銅電極和電源的正極相連，做陽(yáng)極，失去電子，則電極反應(yīng)式是2Cu－2e－＋2OH－＝Cu2O＋H2O。（4）根據(jù)原子守恒可知，生成物還有水生成，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式是4Cu(OH)2＋N2H42Cu2O＋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，分離出顆粒過(guò)大的Cu2O的方法為過(guò)濾。（6）根據(jù)題給信息知實(shí)驗(yàn)①前20 min的平均反應(yīng)速率 v(O2)＝＝3.5×10-5 mol·L-1 min-1；該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)反應(yīng)，則升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以水蒸氣的轉(zhuǎn)化率高，則根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，溫度應(yīng)該是T1＜T2；實(shí)驗(yàn)②比實(shí)驗(yàn)①達(dá)到平衡所用的時(shí)間少，說(shuō)明反應(yīng)速率快，使用的催化劑催化效率高，催化劑的催化效率：實(shí)驗(yàn)①＜實(shí)驗(yàn)②。

考點(diǎn)：考查反應(yīng)反應(yīng)熱、反應(yīng)速率的計(jì)算、電極反應(yīng)式和化學(xué)方程式的書寫以及外界條件對(duì)反應(yīng)速率和平衡狀態(tài)的影響