Question

（14分）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的三种方法：

方法Ⅰ	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法Ⅱ	电解法：2Cu＋H2O Cu2O＋H2↑
方法Ⅲ	用肼（N2H4）还原新制Cu(OH)2

 

 

 

 

 

（1）工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu2O而很少用方法Ⅰ，其原因是反应条件不易控制，若控温不当易生成 而使Cu2O产率降低。

（2）已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=akJ·mol—1；

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=bkJ·mol—1；

③2Cu2O(s)+O2(g)=4CuO(s) △H=ckJ·mol—1.

方法Ⅰ制备过程会产生有毒气体，写出制备反应的热化学方程式 。

（3）方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度而制备纳米Cu2O，装置如图所示，该电池的阳极生成Cu2O反应式为 。

（4）方法Ⅲ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）方法Ⅲ可以用甲醛稀溶液替代肼，但因反应温度较高而使部分产品颗粒过大， （填操作名称）可分离出颗粒过大的Cu2O。

（6）在相同的密闭容器中，用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验：

⊿H >0

水蒸气的浓度（mol·L－1）随时间t (min)变化如下表：

序号	温度	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

可以判断：实验①的前20 min的平均反应速率 ν(O2)＝ ；实验温度T1 T2（填“>”、“<”）；催化剂的催化效率：实验① 实验②（填“>”、“<”）。

 

Answer 1

（1）铜或Cu（1分）

（2）2CuO(s)＋C(s)＝Cu2O(s)＋CO(g) ΔH＝1/2(2a—b—c) kJ·mol－1（2分）

（3）2Cu－2e－＋2OH－＝Cu2O＋H2O（2分）

（4）4Cu(OH)2＋N2H42Cu2O＋N2↑＋6H2O（3分）

（5）过滤（2分） （6）3.5×10-5 mol·L-1 min-1（2分） <（1分） <（1分）

【解析】

试题分析：（1）在高温下，碳有可能把氧化铜还原生成铜，而使Cu2O产率降低。（2）根据盖斯定律可知，①—②×1/2－③×1/2即得到反应的热化学方程式为2CuO(s)＋C(s)＝Cu2O(s)＋CO(g) ΔH＝1/2(2a—b—c) kJ·mol－1。（3）铜电极和电源的正极相连，做阳极，失去电子，则电极反应式是2Cu－2e－＋2OH－＝Cu2O＋H2O。（4）根据原子守恒可知，生成物还有水生成，所以反应的化学方程式是4Cu(OH)2＋N2H42Cu2O＋N2↑＋6H2O。（5）方法Ⅲ可以用甲醛稀溶液替代肼，但因反应温度较高而使部分产品颗粒过大，分离出颗粒过大的Cu2O的方法为过滤。（6）根据题给信息知实验①前20 min的平均反应速率 v(O2)＝＝3.5×10-5 mol·L-1 min-1；该反应是吸热反应反应，则升高温度平衡向正反应方向移动，所以水蒸气的转化率高，则根据表中数据可知，温度应该是T1＜T2；实验②比实验①达到平衡所用的时间少，说明反应速率快，使用的催化剂催化效率高，催化剂的催化效率：实验①＜实验②。

考点：考查反应反应热、反应速率的计算、电极反应式和化学方程式的书写以及外界条件对反应速率和平衡状态的影响