Question

19．納米級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的四種方法：

方法a	用炭粉在高溫條件下還原CuO
方法b	用葡萄糖還原新制的Cu（OH）2制備Cu2O；
方法c	電解法，反應(yīng)為2Cu+H2O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu2O+H2↑．
方法d	用肼（N2H4）還原新制的Cu（OH）2

（1）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）；△H=-169kJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）；△H=-110.5kJ•mol^-1
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）；△H=-157kJ•mol^-1
則方法a發(fā)生的熱化學(xué)方程式是：C（s）+2CuO（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1．
（2）方法c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：
該離子交換膜為陰離子交換膜（填“陰”或“陽”），該電池的陽極反應(yīng)式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，鈦極附近的pH值增大（填“增大”“減小”或“不變”）．
（3）方法d為加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時(shí)放出N₂．該制法的化學(xué)方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O．
（4）在相同的密閉容器中，用以上方法制得的三種Cu₂O分別進(jìn)行催化分解水的實(shí)驗(yàn)：2H₂O（g）$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H＞0．水蒸氣的濃度隨時(shí)間t變化如下表所示：

序號		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對比實(shí)驗(yàn)的溫度：T₂＞T₁（填“＞”“＜”或“﹦”），能否通過對比實(shí)驗(yàn)①③到達(dá)平衡所需時(shí)間長短判斷：否（填“能”或“否”）．
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催化劑的催化效率：實(shí)驗(yàn)①＜實(shí)驗(yàn)②（填“＞”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合熱化學(xué)方程式的書寫方法來書寫；
（2）方法c采用離子交換膜控制電解液中OH^-的濃度，則只有使用陰離子交換膜才能控制氫氧根離子濃度，在電解池的陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；鈦極是陰極發(fā)生氫離子得電子的還原反應(yīng)，據(jù)此分析附近pH值變化；
（3）根據(jù)“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”來書寫化學(xué)方程式；
（4）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，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率增大；溫度不同，反應(yīng)速率不同，不能通過對比實(shí)驗(yàn)①③到達(dá)平衡所需時(shí)間長短判斷；
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催化劑效率越高，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短．

解答 解：（1）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）；△H=-169kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）；△H=-110.5kJ•mol^-1，
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157kJ•mol^-1
用炭粉在高溫條件下還原CuO制取Cu₂O和CO的化學(xué)方程式為C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g）
該反應(yīng)可以是②-③×2-$\frac{1}{2}$×①，反應(yīng)的焓變是-110.5kJ•mol^-1-（-157kJ•mol^-1×2）-$\frac{1}{2}$×（-169kJ•mol^-1）=34.5kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1；
（2）方法c采用離子交換膜控制電解液中OH^-的濃度，則只有使用陰離子交換膜才能控制氫氧根離子濃度；在電解池中，當(dāng)陽極是活潑電極時(shí)，該電機(jī)本身發(fā)生失電子得還原反應(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，鈦極是陰極發(fā)生氫離子得電子的還原反應(yīng)，所以消耗氫離子，則PH值增大，故答案為：陰；2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；增大；
（3）根據(jù)題目信息：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，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{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
（4）①該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率增大，②和③相比，③轉(zhuǎn)化率高，所以T₂＞T₁，溫度不同，反應(yīng)速率不同，不能通過對比實(shí)驗(yàn)①③到達(dá)平衡所需時(shí)間長短判斷；
故答案為：＞；否；
②前20min內(nèi)水蒸氣反應(yīng)速率=$\frac{0.05-0.0486}{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實(shí)驗(yàn)①②相比，實(shí)驗(yàn)②到達(dá)平衡時(shí)間短，反應(yīng)速率越快，催化劑效率高，
故答案為：＜．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，涉及化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、電解原理、蓋斯定律等知識點(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)式的書寫，題目難度中等．