题目内容
【题目】纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取Cu2O的三种方法:
方法I | 用碳粉在高温条件下还原CuO |
方法II | 用肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2 |
方法III | 电解法,反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑ |
(1)已知:2Cu(s)+O2(g)=Cu2O(s)△H=﹣akJmol﹣1
C(s)+O2(g)=CO(g)△H=﹣bkJmol﹣1
Cu(s)+O2(g)=CuO(s)△H=﹣ckJmol﹣1
则方法I发生的反应:2Cu O(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g);△H= kJmol﹣1.
(2)工业上很少用方法I制取Cu2O,是由于方法I反应条件不易控制,若控温不当,会降低Cu2O产率,请分析原因: .
(3)方法II为加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O,同时放出N2.
该制法的化学方程式为 .
(4)方法III采用离子交换膜控制电解液中OH﹣的浓度而制备纳米Cu2O,装置如图所示,写出电极反应式
并说明该装置制备Cu2O的原理 .
(5)在相同的密闭容器中,用以上两种方法制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验:
2H2O(g)2H2(g)+O2(g)△H>0,水蒸气的浓度(mol/L)随时间t(min)
变化如下表所示.
序号 | Cu2O a克 | 温度 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
① | 方法II | T1 | 0.050 | 0.0492 | 0.0486 | 0.0482 | 0.0480 | 0.0480 |
② | 方法III | T1 | 0.050 | 0.0488 | 0.0484 | 0.0480 | 0.0480 | 0.0480 |
③ | 方法III | T2 | 0.10 | 0.094 | 0.090 | 0.090 | 0.090 | 0.090 |
下列叙述正确的是 (填字母代号).
a.实验的温度:T2<T1
b.实验①前20min的平均反应速率v(O2)=7×10﹣5molL﹣1min﹣1
c.实验②比实验①所用的Cu2O催化效率高
d. 实验①、②、③的化学平衡常数的关系:K1=K2<K3.
【答案】(1)2c﹣a﹣b;(2)若温度不当,会生成Cu;
(3)4Cu(OH)2+N2H42Cu2O+6H2O+N2↑;
(4)阴极电极反应:2H++2e﹣=H2↑,c(OH﹣)增大,通过阴离子交换膜进入阳极室
阳极电极反应:2 Cu﹣2e﹣+2OH﹣=Cu2O+H2O,获得Cu2O;
(5)cd
【解析】
试题分析:(1)已知:①2Cu(s)+1/2O2(g)=Cu2O(s);△H=-akJmol-1,
②C(s)+1/2O2(g)=CO(g);△H=-bkJmol-1,
③Cu(s)+1/2O2(g)=CuO(s);△H=-ckJmol-1
由盖斯定律可知,①-③×2+②得2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g);△H=2c-a-bkJmol-1;
(2)在加热条件下,C与CuO也能生成Cu,所以若温度不当,会生成Cu;
(3)液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O,同时放出N2,其反应的方程式为:4Cu(OH)2+N2H42Cu2O+6H2O+N2↑;
(4)阴极上氢离子得电子生成氢气,阴极电极反应:2H++2e-=H2↑,c(OH-)增大,通过阴离子交换膜进入阳极室,阳极发生氧化反应,碱性条件下Cu在阳极失去电子得到Cu2O与H2O,阳极电极反应式为:2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O;
(5)a.实验温度越高达到化学平衡时水蒸气转化率越大,②和③相比,③转化率高,所以T2>T1,故a错误;b.实验①前20min的平均反应速率 v(H2)===7×10-5 molL-1 min-1,则v(O2)=1/2v(H2)=3.5×10-5mol/(L.min),故b错误;c.②③化学平衡状态未改变,反应速率加快,则是加入了催化剂,催化剂的活性越高,速率越快,在相等时间内,③中水蒸气的浓度变化比②快,则实验②比实验①所用的Cu2O催化效率高,故c正确;d.该反应为吸热反应,温度越高,k越大,由a分析可知,T2>T1,所以实验①、②、③的化学平衡常数的关系:K1=K2<K3,故d正确;故答案为cd。