题目内容

17．纳米级Cu2O是优良的催化剂和半导体材料，工业上常用下列方法制备Cu2O．
（1）热还原法
加热条件下，用液态肼（ N2H4）还原新制的Cu（ OH）2制备Cu2O，同时放出N2．该反应的化学方程式为4Cu（OH）2+N2H4$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$N2↑+2Cu2O+6H2O．
（2）电解法
以氢氧燃料电池为电源，用电解法制备Cu2O的装置如图所示．

①气体A发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-．
②燃料电池中，OH-的移动方向为由左向右（填“由左向右”或“由右向左”）；电解池中，阳极的电极反应式为2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O．
③电解一段时间后，欲使阴极室溶液恢复原来组成，应向其中补充一定量H2O（填化学式）．
④制备过程中，可循环利用的物质为H2（填化学式）．
（3）利用氢氧燃料电池，电解50mL 2mol/L的CuCl2溶液（两电极为惰性电极），当消耗标况下6.72L氢气时，在电解池的阳极可得到产物的质量为10.3g．

分析 本题探究热还原法、电解法及干法还原法制备Cu20的原理，其中热还原法是加热条件下，利用液态肼（N2H4）还原新制的Cu（OH）2制备Cu20，同时先是氮气；电解法是利用氢氧燃料电池用铜作阳极电解氢氧化钠溶液制得Cu20，同时还考查了有关电化学理论，如电极反应式、阴离子的转移及电极的判断等；干法还原法是利用反应Cu+CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Cu2O也可制备Cu20，重点考查的是氧化还原反应的分析及运用物质的量进行的计算；
（1）在加热条件下，用液态肼（N2H4）还原新制的Cu（OH）2制备Cu20，同时放出N2，结合质量守恒定律和氧化还原反应可写出此反应的化学方程式；
（2）①电解池中铜为阳极，A为原电池的正极，气体A为氧气，碱性氢氧燃料电池中，正极上氧气得电子发生还原反应；
②原电池中，阴离子向负极移动；电解池的阳极是铜电极被氧化，可根据阳极周围的碱性环境及电解产物来书写电极反应式；
③电解池中发生的总反应式为2Cu+H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cu20+H2↑，根据电解什么补什么的原则，可知需要补充的物质；
④燃料电池消耗的是氧气和氢气，电解池内溶解铜，同时得到氢气，可知可循环利用的物质为氢气；
（3）惰性电极电解氯化铜，阳极电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑和4OH--4e-=O2↑+2H2O；，阴极电极反应为：Cu2++2e-=Cu和2H++2e-=H2，依据电子守恒和电极反应结合CuCl2溶液中溶质的物质的量计算阳极可得到产物的质量．

解答 解：（1）根据反应物N2H4和Cu（OH）2，生成物是Cu20、H2O和N2，可得化学方程式为4Cu（OH）2+N2H4$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$N2↑+2Cu2O+6H2O，
故答案为：4Cu（OH）2+N2H4$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$N2↑+2Cu2O+6H2O；
（2）①燃料电池通氧气的极为正极，连接电解池阳极（铜电极）的极为正确，可知气体A为氧气，碱性氢氧燃料电池中，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；
②原电池内阴离子向负极移动，故燃料电池内OH-的移动方向为从左向右，电解池阳极是铜被氧化，电极反应式为2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O，
故答案为：由左向右；2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O；
③电解池内发生的总反应式为2Cu+H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cu20+H2↑，可知需要补充的物质是水，
故答案为：H2O；
④电解池阴极得到的氢气可补充燃料电池消耗的氢气，可见可循环的物质为氢气，
故答案为：H2；
（3）利用氢氧燃料电池，电解50mL 2mol/L的CuCl2溶液（两电极为惰性电极），当消耗标况下6.72L氢气时，n（H2）=$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$=0.3mol，n（CuCl2）=0.05L×2mol/L=0.1mol，故阳极产物为Cl2和O2．根据电子守恒可得：n（Cl2）=0.05L×2mol/L=0.1mol和n（O2）=$\frac{0.3mol×2-0.1mol×2}{4}$=0.1mol，故电解池的阳极可得到产物的质量为：0.1mol×71g/mol+0.1mol×32g/mol=10.3g，故答案为：10.3．

点评 本题考查氧化还原反应原理、电化学理论、混合物的计算、守恒计算等，题目难度中等，明确反应过程是解题的关键，计算题采取拆分法解答，简化计算过程，注意在学习中归纳总结．

练习册系列答案
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2．下列离子反应方程式正确的是（　　）
A．将铜插入硝酸银溶液中：Cu+Ag+═Cu2++Ag
B．Ca（ HCO3）2 溶液与过量 NaOH 溶液反应：HCO3-+OH-+Ca2+═CaCO3↓+H2O
C．用食醋除水垢：CaCO3+2CH3COOH═Ca2++2CH3COO-+CO2↑+H2O
D．稀硫酸和Ba（OH）2溶液反应：H++SO42-+Ba 2++OH-═BaSO 4↓+H2O
8．温度为T时，向2.0L恒容密闭容器中充入1.0molPCl5，反应PCl5（g）?PCl3（g）+Cl2（g）经一段时间后达到平衡．反应过程中测定的部分数据见下表：

t/s050150250350
n（PCl3）/mol00.160.190.200.20
下列说法不正确的是（　　）
A．反应在前50 s的平均速率为v（PCl3）=0.0016mol•L-1•s-1
B．保持其他条件不变，升高温度，平衡时，c（PCl3）=0.11mol•L-1，则反应的△H＞0
C．相同温度下，起始时向容器中充入1.0 molPCl5、0.20 molPCl3和0.20 molCl2，达到平衡前v（正）＞v（逆）
D．相同温度下，起始时向容器中充入2.0 molPCl3、2.0 molCl2，达到平衡时，PCl3的转化率小于80%
5．某同学用下面的装置制备并收集纯净的氯化铁，硬质玻璃管E中装有细铁丝网．

试回答：
（1）检验装置A的气密性的方法是用酒精灯微热圆底烧瓶，一段时间后，C中导管冒气泡，停止加热后，导管中水柱回流一段，说明气密性好．
（2）装置A中反应的化学方程式为MnO2+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O．
（3）装置C的作用是：吸收HCl，装置D中的试剂是：浓硫酸．
（4）可检验装置E中生成的物质中阳离子的方法及现象是硫氰化钾溶液（苯酚溶液、氢氧化钠溶液），显红色（紫色、产生红褐色沉淀）．
（5）若把氯气通入石蕊溶液中，观察的现象是：先变红后褪色．
（6）装置 G中发生反应的离子方程式为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O．
12．正丁醛是一种化工原料．某实验小组利用如图装置合成正丁醛．
Na2Cr2O7H2SO4加热
发生的反应如下：
CH3CH2CH2CH2OH$\frac{\underline{\;\;\;Na_{2}Cr_{2}O_{7}\;\;\;}}{H_{2}SO_{4}加热}$ CH3CH2CH2CHO
反应物和产物的相关数据列表如表：
沸点/℃密度/（g•cm-3）水中溶解性
正丁醇117.720.8109微溶
正丁醛75.70.8017微溶
实验步骤如下：
将6.0gNa2Cr2O7放入100mL烧杯中，加30mL水溶解，再缓慢加入5mL浓硫酸，将所得溶液小心转移至B中．在A中加入4.0g正丁醇和几粒沸石，加热．当有蒸汽出现时，开始滴加B中溶液．滴加过程中保持反应温度为90-95℃，在E中收集90℃以下的馏分．将馏出物倒入分液漏斗中，分去水层，有机层干燥后蒸馏，收集75-77℃馏分，产量2.4g．回答下列问题：
（1）实验中，能否将Na2Cr2O7溶液加到浓硫酸中，说明理由不能，浓硫酸溶于水会放出大量热，容易溅出伤人．
（2）加入沸石的作用是防止液体暴沸．若加热后发现未加沸石，应采取的正确方法是冷却后补加．
（3）装置图中，D仪器的名称是滴液漏斗，B仪器的名称是直形冷凝管，冷水从下进．（填上或下）
（4）分液漏斗使用前必须进行的操作是b（填正确答案标号）．
a．润湿   b．检漏      c．干燥        d．标定
（5）将正丁醛粗产品置于分液漏斗中分层时，水在下 层（填“上”或“下”）
（6）本实验中，正丁醛的产率为62.5%．
（7）反应温度应保持在90-95℃，其原因是保证正丁醛及时蒸出，又可尽量避免其被进一步氧化．
2．我国在青藏高原发现了名为“可燃冰”的环保型新能源．
（1）“可燃冰”属于化石燃料，主要成分是CH4．另外还有两种化石燃料，它们的名称分别是石油和煤．
（2）CH4可与Cl2反应，反应历程如下
①Cl-Cl→2Cl；△H=+243kJ•mol-1
②Cl+CH3-H→CH3+H-Cl；△H=+4kJ•mol-1
③CH3+Cl-Cl→CH3-Cl+Cl•；△H=-106kJ•mol-1
则CH4与Cl2反应生成CH3-Cl（g）的热化学方程式为CH4（g）+Cl2（g）→CH3Cl（g）+HCl（g）△H=-102kJ•mol-1．
9．（1）25℃时，相同物质的量浓度的下列溶液中：①NaCl ②NaOH ③H2SO4④（NH4）2SO4，其中水的电离程度由大到小顺序（用序号填空）：④＞①＞②＞③．
（2）LiH可作飞船的燃料，已知下列反应：
①2Li（s）+H2（g）=2LiH（s）△H=-182kJ•mol-1
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（1）△H=-572kJ•mol-1；
③4Li（s）+O2（g）═2Li2O（s）△H=-1196kJ•mol-1
试写出LiH在O2中燃烧的热化学方程式2LiH（s）+O2（g）═Li2O（S）+H2O（l）△H=-702 kJ•mol．
（3）2Al+Fe2O3$\underline{\underline{高温}}$2Fe+Al2O3反应的△S=0（选填“＞”“＜”或“=”），在高温下，该反应能自发进行（填“能”或“不能”自发进行）．
6．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一．

（1）图1是1mol NO2气体和1mol CO气体反应生成CO2气体和NO气体过程中能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：NO2（g）+CO（g）=CO2（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol-1；
已知：N2 （g）+2NO2 （g）?4NO（g）△H=+292.3kJ•mol-1，
则反应：2NO（g）+2CO（g）?N2（g）+2CO2（g） 的△H=-760.3kJ•mol-1；
（2）一定温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中充入20mol NO2和5mol O2发生反应：4NO2（g）+O2（g）?2N2O5（g）；已知体系中n（NO2）随时间变化如表：
t（s）050010001500
n（NO2）（mol）2013.9610.0810.08
①写出该反应的平衡常数表达式：K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$，已知：K3000C＞K3500C，则该反应是放热反应（填“放热”或“吸热”）；
②反应达到平衡后，NO2的转化率为49.6%，若要增大NO2的转化率，可采取的措施有AD
A．降低温度      B．充入氦气，使体系压强增大
C．再充入NO2    D．再充入4mol NO2和1mol O2
③图2中表示N2O5的浓度的变化曲线是c，用O2表示从0～500s内该反应的平均速率v=1.51×10-3mol•L-1•s-1．
7．向一容积为5L的恒容密闭容器中充入5molA与8molB，在一定条件下反应：2A（g）+3B（g）?xC（g）+yD（g）  （x、y为正整数），反应进行2min后达到平衡，这2min内平均反应速率v（C）=0.3mol/（L•min），D的平衡浓度为0.3mol/L，又知v（B）：v（C）=3：2，则下列说法中正确的是（　　）
A．x：y=3：1B．v（A）：v（C）=2：1
C．A的平衡浓度为0.4mol/LD．A与B的平衡浓度之比为3：2

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