Question

17．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，反应为2Cu+H2O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ 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Cu而使Cu₂O产率降低．
（2）已知：2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）△H=-akJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-bkJ•mol^-1
Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）△H=-ckJ•mol^-1
则方法Ⅰ发生的反应：2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）；△H=-（b-2c-$\frac{a}{2}$）kJ•mol^-1．
（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2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
（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4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O．
（5）在相同的密闭容器中，用以上两种方法制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：2H₂O（g）$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H＞0，水蒸气的浓度（mol/L）随时间t（min）变化如表所示．

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

下列叙述正确的是C（填字母代号）．
A．实验的温度：T₂＜T₁
B．实验①前20min的平均反应速率 v（O₂）=7×10^-5 mol•L^-1 min^-1
C．实验②比实验①所用的催化剂催化效率高．

Answer 1

分析 （1）炭粉在高温条件下还原CuO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得还原反应；
（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）A、根据温度对化学平衡移动的影响知识来回答；
B、根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$来计算水蒸气的反应速率，速率之比等于化学方程式计量数之比；
C、催化剂不会引起化学平衡状态的改变，会使反应速率加快，活性越高，速率越快．

解答 解：（1）炭粉在高温条件下还原CuO易生成Cu，反应不易控制，
故答案为：Cu；
（2）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）；△H=-akJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）；△H=-bkJ•mol^-1，
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-ckJ•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-$\frac{1}{2}$×①，反应的焓变是：△H=-（b-2c-$\frac{a}{2}$）KJ/mol，
故答案为：-（b-2c-$\frac{a}{2}$）；
（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，
故答案为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，
故答案为：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
（5）A、实验温度越高达到化学平衡时水蒸气转化率越大，②和③相比，③转化率高所以T₂＞T₁，故A错误；
B、实验①前20min的平均反应速率 v（H₂O）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.05mol/L-0.0486mol/L}{20min}$=7×10^-5 mol•L^-1 min^-1，v（O₂）=$\frac{1}{2}$ v（H₂O）=3.5×10^-5 mol•L^-1 min^-1，故B错误；
C、①②化学平衡状态未改变，反应速率加快，则是加入了催化剂，催化剂的活性越高，速率越快，在相等时间内，②中水蒸气的浓度变化比①快，实验②比实验①所用的催化剂催化效率高，故C正确；
故答案为：C．

点评 本题是一道有关热化学、电化学以及化学反应速率和反应限度的综合题，考查角度广，注意基础知识的熟练掌握，题目难度中等．