Question

（1）纳米级Cu₂O具有优良的催化性能，下列为制取Cu₂O的三种方法；
【方法1】：用炭粉高温还原CuO：2CuO+C 

△   .

 Cu₂O+CO
已知：2Cu（s）+

1

2

O₂（g）=Cu₂O（s）△H₁=-169kJ?mol^-1
C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H₂=-110.5kJ?mol^-1
Cu（s）+

1

2

O₂（g）=CuO（s）△H₃=-157kJ?mol^-1
则该方法的反应：2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）中；△H=

 

kJ?mol^-1．
【方法II】：电解法：基于绿色化学理念设计的制取Cu₂O的电解池示意图如图，其中电解液为浓的氢氧化钠溶液，总反应为：2Cu+H₂O 

电解  .

Cu₂O+H₂↑
该电解池阳极的电极反应

 

．
【方法III】：加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂制备CU₂O，同时放出N₂，其化学反应方程式

 

．
（2）在相同的密闭容器中，用以上方法制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：
2H₂O（g） 

光照

Cu2O

  2H₂（g）+O₂（g）△H＞0
水蒸气的浓度随时间t变化如下表：

序号	t/min	0	10	20	30	40	50
	C/mol-1
	温度/℃
①	T1	0.500	0.492	0.486	0.482	0.480	0.480
②	T1	0.500	0.488	0.484	0.480	0.480	0.480
③	T2	0.500	0.450	0.450	0.450	0.450	0.450

A．实验的温度：T₂

 

T₁（填“＜”或“＞”）
B．实验①前20min的平均反应速率为

 

mol?L^-1?min^-1．
C．实验②比实验①中所用的催化剂催化效率

 

（填“高”或“低”）
D．实验②中水蒸气的转化率为

 

．

Answer 1

分析：（1）I．根据盖斯定律结合已知热化学方程式来计算反应的焓变；
II．在电解池的阳极发生失电子得还原反应；
III．根据“液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂”来书写化学方程式；
（2）A、实验温度越高达到化学平衡时用的时间越短；
B、根据反应速率v=

△c

△t

来计算；
C、催化剂不会引起化学平衡状态的改变，会使反应速率加快，催化活性越高，速率越快；
D、根据表中数据可知，实验②中水蒸气转化的量为0.500-0.480=0.020mol/L，根据转化率的公式计算．

解答：解：（1）I．根据盖斯定律可以得出反应2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）可以是：
2Cu（s）+

1

2

O₂（g）=Cu₂O（s）△H₁=-169kJ?mol^-1，
2CuO（s）=2Cu（s）+O₂（g）△H₃=+157kJ?mol^-1
以及C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H₂=-110.5kJ?mol^-1三个反应的和，
所以反应2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=△H₁+△H₂+2△H₃=-169kJ?mol^-1-110.5kJ?mol^-1+157kJ?mol^-1×2=+34.5kJ?mol^-1，
故答案为：+34.5；
II．在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电机本身发生失电子得还原反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，故答案为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
III．根据题目信息：液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂，得出化学方程式为：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，故答案为：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
（5）A、实验温度越高达到化学平衡时用的时间越短，②达到平衡用30min，而①则用了40min，所以T₂＞T₁，故答案为：＞；
B、实验①前20min的平均反应速率 v（H₂）=

△c

△t

=

0.5mol/L-0.486mol/L

20min

=7×10^-4 mol?L^-1 min^-1，故答案为：7×10^-4；
C、催化剂的活性越高，速率越快，实验②到达平衡所用时间短，所以实验②中反应速率快，催化剂的催化效率高，故答案为：高；
D、根据表中数据可知，实验②中水蒸气转化的量为0.500-0.480=0.020mol/L，则转化率为：

0.020

0.500

×100%=4%，故答案为：4%．

点评：本题考查了盖斯定律的应用、电化学原理以及化学反应速率和反应限度等知识，题目综合性较强，考查角度广，难度大．