Question

3．科学研究发现纳米级的Cu₂O可作为太阳光分解水的催化剂．
Ⅰ四种制取Cu₂O的方法
（a）用炭粉在高温条件下还原CuO制备Cu₂O；
（b）用葡萄糖还原新制的Cu（OH）₂悬浊液制备Cu₂O；
（c）电解法制备Cu₂O．原理如右图所示反应为：2Cu+H₂O=Cu₂O+H₂↑，则铜作为阳极；
（d）最新实验研究加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂可制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂和水蒸气．该制法的化学方程式为4Cu（OH）₂+N₂H₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂+6H₂O．
Ⅱ用制得的Cu₂O进行催化分解水的实验Cu₂O光照
（1）一定温度下，在2L密闭容器中加入纳米级Cu₂O并通入10.0mol水蒸气，发生反应：
2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•mol^-1
T₁温度下不同时段产生O₂的量见下表：

时间/min	20	40	60	80
n（O2）/mol	1.0	1.6	2.0	2.0

前20min的反应速率 v（H₂O）=5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1；该该温度下，反应的平衡常数的表达式K=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$；若T₂温度下K=0.4，T₁＞T₂（填＞、＜、=）
（2）用以上四种方法制得的Cu₂O在某相同条件下分别对四份 相同质量的水催化分解，产生的氢气经干燥装置并用针筒收集；V（H₂）随时间t变化如右图所示．下列叙述正确的是BC（双选题）．
A．d方法制得的Cu₂O能使水剧烈分解并放出热量
B．d方法制得的Cu₂O颗粒最小，表面活性大，所以催化效果明显．
C． c、d 产生的氢气总体积不同可能和水的蒸发有关
D． d方法制得的Cu₂O作催化剂时，水的平衡转化率最高．

Answer 1

分析 Ⅰ．（b）葡萄糖[CH₂OH（CHOH）₄CHO]与新制的Cu（OH）₂在加热条件下发生氧化还原反应生成葡萄糖酸和氧化亚铜；
（c）阳极发生氧化反应，根据化合物的变化判断；
（d）根据反应物和生成物结合质量守恒书写化学方程式；
Ⅱ．（1）根据化学反应速率之比等于计算数之比计算反应速率，达平衡时，生成氧气0.002mol，根据热化学方程式计算；
（2）根据图象曲线的变化趋势判断，曲线斜率越大，反应速率越大，温度升高，斜率逐渐减小，以此解答．

解答 解：I．（b）葡萄糖[CH₂OH（CHOH）₄CHO]与新制的Cu（OH）₂在加热条件下发生氧化还原反应生成葡萄糖酸和氧化亚铜，
故答案为：新制的Cu（OH）₂；
（c）阳极发生氧化反应，由方程式可知Cu被氧化生成Cu₂O，
故答案为：阳；
（d）用肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂可制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂，反应的方程式为4Cu（OH）₂+N₂H₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂+6H₂O，
故答案为：4Cu（OH）₂+N₂H₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂+6H₂O；
Ⅱ．（1）由表中数据可知前20min时v（O₂）=$\frac{\frac{0.0010mol}{2L}}{20min}$=2.5×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，
则v（H₂O）=2v（O₂）=5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，
该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$，平衡时c（H₂O）=3mol．L^-1，c（O₂）=1mol．L^-1，c（H₂）=2mol．L^-1，所以K=$\frac{{2}^{2}×1}{{3}^{2}}$=0.44＞0.4，由于该反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，K值增大，所以T₁＞T₂，
故答案为：5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1；$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$；＞；
（2）A．催化剂能加快反应速率，但不能改变反应的热效应，故A错误；
B．根据图中产生氢气的速率可以看出，d方法制得的Cu₂O颗粒最小，表面活性大，所以催化效果明显，故B正确；
C． c、d中理论上水和氢气的关系是相同的，实际上c、d产生的氢气总体积不同可能和水的蒸发有关，故C正确；
D． 催化剂能加快反应速率，但不能改变反应的平衡转化率，故D错误，
故选BC．

点评 本题考查较为综合，涉及氧化亚铜的制备方案、电解、化学平衡以及反应速率的影响等知识，侧重于学生的分析能力的考查，为高考常见题型，难度中等．