Question

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu₂O的四种方法：

方法a	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法b	用葡萄糖还原新制的Cu（OH）2制备Cu2O；
方法c	电解法，反应为2Cu+H2O  电解  .   Cu2O+H2↑．
方法d	用肼（N2H4）还原新制Cu（OH）2

（1）工业上常用方法c和方法d制取Cu₂O，而很少用方法a，其主要原因是

 

（2）已知：2Cu（s）+

1

2

O₂（g）=Cu₂O（s）；△H=-169kJ?mol^-1
C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）；△H=-110.5kJ?mol^-1
Cu（s）+

1

2

O₂（g）=CuO（s）；△H=-157kJ?mol^-1
则方法a发生的热化学方程式：2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=

 

kJ?mol^-1
（3）方法c采用阴离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图1所示：该电池的阳极反应式为

 

；钛极附近的pH值

 

（增大、减小、不变）．
（4）方法d为加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂．该制法的化学方程式为

 

．
（5）用以上四种方法制得的Cu₂O在某相同条件下分别对水催化分解，产生氢气的体积V（H₂）随时间t变化如图2所示．下列叙述正确的是

 

（填字母代号）．
A．Cu₂O催化水分解时，需要适宜的温度
B．c、d方法制得的Cu₂O催化效率相对较高
C．催化效果与Cu₂O颗粒的粗细、表面活性等有关
D．d方法制得的Cu₂O作催化剂时，水的平衡转化率最高
（6）以上制得的Cu₂O对氨气和氧气反应有一定的催化作用，且在不同温度下生成不同产物（如图3）：4NH₃+5O₂?4NO+6H₂O，4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O，温度较低时以生成

 

为主，温度高于900℃时，NO产率下降的原因是

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）用炭粉在高温条件下还原CuO容易生成Cu；
（2）根据盖斯定律结合热化学方程式的书写方法来书写；
（3）在电解池的阳极发生失电子的氧化反应；钛极是阴极发生氢离子得电子的还原反应，据此分析附近pH值变化；
（4）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；
（5）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；
（6）根据图象可知温度低时生成氮气，温度高时生成NO，但该反应为放热反应，则温度高于900℃时，NO产率下降．

解答： 解：（1）用炭粉在高温条件下还原CuO容易生成Cu，反应不易控制生成Cu₂O，故答案为：反应不易控制，易还原产生Cu；
（2）已知：①2Cu（s）+

1

2

O₂（g）=Cu₂O（s）△H=-169kJ?mol^-1，
②C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ?mol^-1，
③Cu（s）+

1

2

O₂（g）═CuO（s）△H=-157kJ?mol^-1
用炭粉在高温条件下还原CuO制取Cu₂O和CO的化学方程式为C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g），
该反应可以是②-③×2-

1

2

×①，反应的焓变是-110.5kJ?mol^-1-（-157kJ?mol^-1×2）-

1

2

×（-169kJ?mol^-1）=34.5kJ?mol^-1，
故答案为：+34.5；
（3）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，钛极是阴极发生氢离子得电子的还原反应，所以消耗氢离子，则PH值增大，
故答案为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；增大；
（4）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．温度升高，斜率逐渐减小，说明Cu₂O催化水分解时，需要适宜的温度，故A正确；
B．c、d曲线斜率较大，说明反应速率较大，则c、d方法制得的Cu₂O催化效率相对较高，故B正确；
C．用不同的方法制备的氧化亚铜的颗粒大小不同，由图象可知催化效果不同，则催化效果与Cu₂O颗粒的粗细、表面活性等有关，故C正确；
D．催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，故D错误．
故答案为：ABC；
（6）根据图象可知温度低时生成氮气，温度高时生成NO，但该反应为放热反应，则温度高于900℃时，NO产率下降，
故答案为：N₂；反应放热，温度升高NH₃转化率降低．

点评：本题考查较为综合，涉及氧化亚铜的制备方案、电解、盖斯定律的应用、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，题目难度中等．