Question

【题目】纳米氧化亚铜在水的光解等领域具有极大应用潜能，是极具开发前景的绿色环保光催化剂。目前主要的合成方法有电解法、高温固相法等。

（1）有研究表明阳极氧化法成功制得了Cu2O 纳米阵列，装置如图：

该电池的阳极反应方程式为 离子交换膜为_______(填阳或阴)离子交换膜，铜网应连接电源的_____极。

（2）在高温下用甲烷将粉状CuO 还原也可制得Cu2O。

已知：①2Cu(s)＋1/2O2(g)=Cu2O(s)；△H = -169kJ/mol

②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)；△H = -846.3 kJ/mol

③ Cu(s)＋1/2O2(g)=CuO(s)；△H = -157 kJ/mol

则该反应的热化学方程式是：__________。

（3）在相同的密闭容器中，用等质量的三种纳米Cu2O(用不同方法制得)分别进行催化分解水的实验：2H2O(g) 2H2(g)+O2(g) △H>0。水蒸气浓度随时间t变化如下表所示：

序号		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对比实验的温度：T2 T1(填“﹥”“﹤”或“﹦”)，原因是___________________。

②实验①前20 min的平均反应速率 v(O2)=

③比较不同方法制得的Cu2O的催化效果应选用__________组实验，原因是___________。

Answer 1

【答案】（1）2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O；阴；正；

（2）8CuO(s)+ CH4(g)=4Cu2O(s)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-266.3kJ/mol；

（3）①﹥；因为该反应的正反应方向为吸热方向，升温，平衡正向移动，平衡常数增大。③的平衡常数大于①，说明T2大于T1；②3.5×10-5 mol/(L·min) ；③①和②；除催化剂外，其他条件相同

【解析】

试题分析：（1）根据题意，铜电极发生氧化反应生成Cu2O，则铜网电极是阳极，钛网电极为阴极，阳极反应方程式为2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O，阴极上溶液中的氢离子放电，阳极区生成的氢氧根离子通过离子交换膜向阴极移动中和电荷，故答案为：2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O；阴；正；

（2）已知：①2Cu(s)＋1/2O2(g)=Cu2O(s)；△H = -169kJ/mol

②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)；△H = -846.3 kJ/mol

③ Cu(s)＋1/2O2(g)=CuO(s)；△H = -157 kJ/mol

根据盖斯定律，将②-③×8+①×4，得：8CuO(s)+ CH4(g)=4Cu2O(s)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH=(-846.3 kJ/mol)-(-157 kJ/mol)×8+(-169kJ/mol)×4=-266.3kJ/mol，故答案为：8CuO(s)+ CH4(g)=4Cu2O(s)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-266.3kJ/mol；

（3）①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，故答案为：﹥；因为该反应的正反应方向为吸热方向，升温，平衡正向移动，平衡常数增大。③的平衡常数大于①，说明T2大于T1；

②实验①前20min的平均反应速率 v(H2O)===7×10-5 mol/(L·min)，所以v(O2)=×7×10-5 mol/(L·min)=3.5×10-5 mol/(L·min)，故答案为：3.5×10-5 mol/(L·min)；

③比较不同方法制得的Cu2O的催化效果应选用①和②，因为除催化剂外，其他条件相同，故答案为：①和②；除催化剂外，其他条件相同。