Question

18．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的兩種方法：
方法a：用炭粉在高溫條件下還原CuO
方法b：電解法，反應(yīng)為2Cu+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu₂O+H₂↑
（1）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169kJ/mol
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ/mol
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157kJ/mol
則方法a中反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是：C（s）+2CuO （s）=CuO（s）+CO（g）△H=+34.5kJ/mol．
（2）方法b是用肼燃料電池為電源，通過離子交換膜電解法控制電解液中OH^-的濃度而制備納米Cu₂O，裝置如圖所示：
①上述裝置中B電極應(yīng)連D電極（填“C”或“D”）
②該離子交換膜為陰離子交換膜（填“陰”或“陽”），該電解池的陽極反應(yīng)式為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
③原電池中負(fù)極反應(yīng)式為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O．
（3）在相同體積的恒容密閉容器中，用以上方法制得的兩種Cu₂O分別進(jìn)行催化分解水的實(shí)驗(yàn)：
2H₂O$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H＞0
水蒸氣的濃度隨時間t變化如表所示：

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催化劑的效率：實(shí)驗(yàn)①＜實(shí)驗(yàn)②（填“＞”或“＜”）；
②實(shí)驗(yàn)①、②、③的化學(xué)平衡常數(shù)K₁、K₂、K₃的大小關(guān)系為：K₁=K₂＜K₃．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)蓋斯定律將已知的熱化學(xué)方程式變形計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①燃料電池正極通氧氣，負(fù)極通燃料，故C為負(fù)極，D為正極，銅電極被氧化，發(fā)生的電極方程式為2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O，故銅為陽極，與原電池的負(fù)極相連，即B與C，A與D相連；
②根據(jù)總反應(yīng)，則陽極反應(yīng)為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，所以離子交換膜應(yīng)采用陰離子交換膜；在電解池的陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
③據(jù)原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)來書寫電極反應(yīng)方程式；
（3）①催化劑效率越高，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時間越短；
②平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，若溫度升高，平衡向吸熱方向移動，即向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)增大，據(jù)此進(jìn)行分析．

解答 解：（1）①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169KJ/mol，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ/mol，
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157KJ/mol，
依據(jù)蓋斯定律②+①-2×③得到C（s）+2CuO （s）=CuO（s）+CO（g）△H=+34.5kJ/mol，
故答案為：C（s）+2CuO （s）=CuO（s）+CO（g）△H=+34.5kJ/mol；
（2）①燃料電池正極通氧氣，負(fù)極通燃料，故C為負(fù)極，D為正極，銅電極被氧化，發(fā)生的電極方程式為2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O，故銅為陽極，與原電池的正極相連，即B與D，A與C相連，
故答案為：D；
②根據(jù)總反應(yīng)，則陽極反應(yīng)為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，所以離子交換膜應(yīng)采用陰離子交換膜；在電解池的陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，故電極方程式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案為：陰；2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
③原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極方程式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O，
故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；
（3）①實(shí)驗(yàn)①②相比，實(shí)驗(yàn)②到達(dá)平衡時間短，反應(yīng)速率越快，催化劑效率高，
故答案為：＜；
②實(shí)驗(yàn)1、2溫度相同，平衡常數(shù)相同，即K₁=K₂，比較實(shí)驗(yàn)2、3，實(shí)驗(yàn)3中初始水蒸氣濃度是實(shí)驗(yàn)2的一倍，但反應(yīng)結(jié)束水蒸氣濃度小于實(shí)驗(yàn)2的一倍，故平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則溫度升高，平衡向吸熱方向移動，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)增大，即K₃＞K₂，所以K₁=K₂＜K₃，
故答案為：K₁=K₂＜K₃．

點(diǎn)評 本題考查熱化學(xué)方程式的書寫，電極的判斷以及電極反應(yīng)方程式的書寫，以及考查平衡常數(shù)只受溫度影響，本題難度中等．