Question

18．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的两种方法：
方法a：用炭粉在高温条件下还原CuO
方法b：电解法，反应为2Cu+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cu₂O+H₂↑
（1）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169kJ/mol
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ/mol
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157kJ/mol
则方法a中反应的热化学方程式是：C（s）+2CuO （s）=CuO（s）+CO（g）△H=+34.5kJ/mol．
（2）方法b是用肼燃料电池为电源，通过离子交换膜电解法控制电解液中OH^-的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示：
①上述装置中B电极应连D电极（填“C”或“D”）
②该离子交换膜为阴离子交换膜（填“阴”或“阳”），该电解池的阳极反应式为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
③原电池中负极反应式为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O．
（3）在相同体积的恒容密闭容器中，用以上方法制得的两种Cu₂O分别进行催化分解水的实验：
2H₂O$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H＞0
水蒸气的浓度随时间t变化如表所示：

号		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

①催化剂的效率：实验①＜实验②（填“＞”或“＜”）；
②实验①、②、③的化学平衡常数K₁、K₂、K₃的大小关系为：K₁=K₂＜K₃．

Answer 1

分析 （1）依据盖斯定律将已知的热化学方程式变形计算得到所需热化学方程式；
（2）①燃料电池正极通氧气，负极通燃料，故C为负极，D为正极，铜电极被氧化，发生的电极方程式为2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O，故铜为阳极，与原电池的负极相连，即B与C，A与D相连；
②根据总反应，则阳极反应为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，所以离子交换膜应采用阴离子交换膜；在电解池的阳极发生失电子的氧化反应；
③据原电池中负极发生氧化反应来书写电极反应方程式；
（3）①催化剂效率越高，反应速率越快，到达平衡时间越短；
②平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，若温度升高，平衡向吸热方向移动，即向正反应方向移动，平衡常数增大，据此进行分析．

解答 解：（1）①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Cu₂O（s）△H=-169KJ/mol，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ/mol，
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CuO（s）△H=-157KJ/mol，
依据盖斯定律②+①-2×③得到C（s）+2CuO （s）=CuO（s）+CO（g）△H=+34.5kJ/mol，
故答案为：C（s）+2CuO （s）=CuO（s）+CO（g）△H=+34.5kJ/mol；
（2）①燃料电池正极通氧气，负极通燃料，故C为负极，D为正极，铜电极被氧化，发生的电极方程式为2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O，故铜为阳极，与原电池的正极相连，即B与D，A与C相连，
故答案为：D；
②根据总反应，则阳极反应为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，所以离子交换膜应采用阴离子交换膜；在电解池的阳极发生失电子的氧化反应，故电极方程式为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案为：阴；2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
③原电池中负极发生氧化反应，故电极方程式为N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O，
故答案为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；
（3）①实验①②相比，实验②到达平衡时间短，反应速率越快，催化剂效率高，
故答案为：＜；
②实验1、2温度相同，平衡常数相同，即K₁=K₂，比较实验2、3，实验3中初始水蒸气浓度是实验2的一倍，但反应结束水蒸气浓度小于实验2的一倍，故平衡向正反应方向进行，则温度升高，平衡向吸热方向移动，该反应为吸热反应，所以平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，即K₃＞K₂，所以K₁=K₂＜K₃，
故答案为：K₁=K₂＜K₃．

点评 本题考查热化学方程式的书写，电极的判断以及电极反应方程式的书写，以及考查平衡常数只受温度影响，本题难度中等．