Question

科学研究发现纳米级的Cu₂O可作为太阳光分解水的催化剂．
（1）火法还原CuO可制得Cu₂O．已知：
1g C（s）燃烧全部生成CO时放出热量9.2kJ；Cu₂O（s）与O₂（g）反应的能量变化如右图所示；请写出用足量炭粉还原CuO（s）制备Cu₂O（s）的热化学方程式

 

．
（2）在加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂可制备纳米级Cu₂O，同时生成N₂和H₂O．该反应的化学方程式为

 

．当生成N₂ 11.2L（已换算为标准状况）时，可制备纳米级Cu₂O的质量为

 

．
（3）某兴趣小组同学以纳米级Cu₂O催化光解水蒸气并探究外界条件对化学平衡的影响．
①在体积均为1L，温度分别为T₁、T₂的A、B两密闭容器中都加入纳米级Cu₂O并通人0.1mol水蒸气，发生反应：2H₂O（g）

光照  .

Cu2O

2H₂（g）+O₂△H=484kJ?mol^-1
经测定A、B两容器在反应过程中发生如图1所示变化，则A、B两容器反应的温度T₁

 

T₂ （填“＜”、“=”或“＞”），该过程中A容器至少需要吸收能量

 

kJ；

②当该反应处于平衡状态时，下列既能增大反应速率，又能增大H₂O（g）分解率的措施是

 

（填序号）．
A．向平衡混合物中充入Ar    B．升高反应的温度  C．增大反应体系的压强  D．向平衡混合物中充人O₂
③如图2所示，当关闭K时，向容器A、B中分别充入0.2mol H₂O（g）向B中充入0.2mol H₂O（g），起始时V（A）=V（B）=1L．在相同温度（反应过程中温度保持不变，B中活塞可以自由滑动）和催化剂存在的条件下，达到平衡时，V（B）=1.2L．请回答：
A中H₂O（g）的分解率

 

B中H₂O的分解率．（填“＜”、“=”或“＞”）．打开K，过一段时间重新达平衡时，B的体积为

 

L．（连通管中气体体积不计）

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）分析图象结合热化学方程式和盖斯定律解答．
（2）液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂可制备纳米级Cu₂O，同时生成N₂和H₂O，根据原子守恒配平书写化学方程式，根据电子转移数目守恒计算；
（3）①依据化学方程式结合图象中t₁中氢气含量计算分析；
②既能增大反应速率，又能增大H₂O（g）分解率的条件为升温，减压，依据平衡移动原理分析判断；
③A为恒温恒容容器，B为恒温恒压容器，随反应进行A容器中压强增大，B容器中为维持恒压，体积增大，平衡正向进行，所以A容器中水的分解率小于B中容器中水的分解率，打开K，过一段时间重新达平衡时，为恒压容器，物质的量之比等于体积之比，平衡后体积为2.4L；

解答： 解：（1）已知：1g C（s）燃烧全部生成CO时放出热量9.2kJ；24gC燃烧生成一氧化碳放热220.8KJ，热化学方程式为：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-220.8kJ?mol^-1，依据图象书写热化学方程式2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ?mol^-1；
①2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ?mol^-1     
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-220.8kJ?mol^-1
根据盖斯定律，②-①得4CuO（s）+2C（s）=2CO（g）+2Cu₂O（s），△H=+71kJ?mol^-1
即2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.6kJ?mol^-1
故答案为：2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.6kJ?mol^-1．
（2）用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂可制备纳米级Cu₂O，同时生成N₂和H₂O，反应的化学方程式为：4Cu（OH）₂+N₂H₄=2Cu₂O+N₂+6H₂O，令生成的Cu₂O的物质的量为nmol，根据电子转移数目守恒，则有
nmol×2×（1-0）=

11.2L

22.4L/mol

×2×[0-（-2）]，解得n=1mol；
所以可制备Cu₂O的质量为1mol×144g/mol=144g．
故答案为：4Cu（OH）₂+N₂H₄=2Cu₂O+N₂+6H₂O，144g；
（3）①依据化学方程式计算；依据图象中氢气百分含量为50%，设反应的水的物质的量为x
2H₂O（g）

光照  .

Cu2O

2H₂（g）+O₂ △H=484kJ?mol^-1
2mol                               484KJ
x             x         0.5x

x

0.1mol-x+x+0.5x

=50%，
计算得到x=

1

15

mol；反应放热=

1 15 ×484KJ

2

=16.1KJ；
水的分解率=

1 15

0.1

×100%=66，7%，和T₂温度下水的分解率为50%，反应是吸热反应，温度越高水的分解率越大；所以T₁＞T₂；
故答案为：＞，16.1；
②既能增大反应速率，又能增大H₂O（g）分解率的条件为升温，减压，依据平衡移动原理分析判断；
A．向平衡混合物中充入Ar，增大体系压强，平衡逆向进行，故A不符合；   
 B．反应是吸热反应，升高反应的温度，反应速率增大，平衡正向进行，水的分解率增大，故B符合；
C．反应是气体体积增大的反应，增大反应体系的压强，平衡逆向进行，故C不符合；
D．向平衡混合物中充人O₂，平衡逆向进行，故D不符合；
故答案为：B；
③A为恒温恒容容器，B为恒温恒压容器，随反应进行A容器中压强增大，B容器中为维持恒压，体积增大，平衡正向进行，所以A容器中水的分解率小于B中容器中水的分解率，打开K，过一段时间重新达平衡时，为恒压容器，物质的量之比等于体积之比，平衡后体积为2.4L，B的体积为2.4L-1L=1.4L；
故答案为：＜，1.4；

点评：本题考查了热化学方程式的书写方法和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素分析判断，注意平衡建立的条件分析应用，题目难度中等．