Question

13．纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，它可作为太阳光分解水的催化剂；通常制取Cu₂O有下列4种方法：

（1）已知：
2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169kJ•mol^-1，
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157kJ•mol^-1
用方法①制取Cu₂O时产生有毒气体，则发生反应的热化学方程式是C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1；
（2）方法②中采用阴离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度得到纳米级Cu₂O，当生成0.1molCu₂O时，转移0.2mol电子，电解一段时间后阴极附近溶液的pH增大（填“增大”、“减小”或“不变”），其阳极的电极反应式为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（3）方法④制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂，该制法的化学方程式为4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
（4）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．下列叙述错误的是D（填字母）
A．Cu₂O催化水分解时，需要适宜的温度
B．催化效果与Cu₂O颗粒的粗细、表面活性等有关
C．方法②④制得的Cu₂O催化效率相对较高
D．方法④制得的Cu₂O作催化剂时，水的平衡转化率最高．

Answer 1

分析 （1）用方法①制取Cu₂O时产生有毒气体为CO，
已知：Ⅰ．2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169kJ•mol^-1，
Ⅱ．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
Ⅲ．Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅱ-Ⅲ×2-$\frac{1}{2}$×Ⅰ可得：C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g）；
（2）根据Cu元素化合价变价计算转移电子数目；在电解池的阳极发生失电子的氧化反应，Cu失去电子，碱性条件下生成Cu₂O与H₂O，阴极上发生还原反应，水放电生成氢气与氢氧根离子；
（3）液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂，由守恒可知还生成水；
（4）A．温度影响催化剂的活性；
B．曲线斜率越大，反应速率越大，用不同的方法制备的氧化亚铜的颗粒大小不同；
C．②④曲线斜率较大，说明反应速率较大，催化效果好；
D．催化剂不影响平衡移动．

解答 解：（1）用方法①制取Cu₂O时产生有毒气体为CO，
已知：Ⅰ．2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169kJ•mol^-1，
Ⅱ．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
Ⅲ．Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅱ-Ⅲ×2-$\frac{1}{2}$×Ⅰ可得：C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1，
故答案为：C（s）+2CuO （s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+34.5kJ•mol^-1；
（2）根据Cu元素化合价变价，可知转移电子数目为0.1mol×2×（1-0）=0.2mol，
在电解池的阳极发生失电子的氧化反应，Cu失去电子，碱性条件下生成Cu₂O与H₂O，阴极上发生还原反应，水放电生成氢气与氢氧根离子，则阴极负极pH值增大，阳极电极反应式为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案为：0.2；增大；2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（3）液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂，由元素守恒可知还生成水，反应化学方程式为：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，
故答案为：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
（4）A．温度影响催化剂的活性，Cu₂O催化水分解时，需要适宜的温度，故A正确；
B．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B正确；
C．②④曲线斜率较大，说明反应速率较大，则②④方法制得的Cu₂O催化效率相对较高，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：D．

点评 本题考查物质制备方案，涉及热化学方程式、陌生方程式书写、电解原理、氧化还原反应、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．