8.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而备受关注,下表为制取纳米级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=-(a+b-2c)kJ/mol.
(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,电解装置如图所示.
①阳极上的产物是Cu2O
②阳极生成Cu2O,其电极反应式为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,该反应的化学方程式为4Cu(OH)2+N2H4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu2O+N2↑+6H2O
(5)肼又称联氨,易溶于水,是与氨类似的弱碱,用电离方程式表示肼的水溶液显碱性的原因N2H4+H2O?N2H5++OH-
(6)向1L恒容密闭容器中充入0.1molN2H4,在30℃、Ni-Pt催化剂作用下发生反应N2H4(g)?N2(g)+2H2(g),测得混合物体系中,$\frac{n({H}_{2})+n({N}_{2})}{n({N}_{2}{H}_{4})}$(用y表示)与时间的关系如图所示.0-4min时间内H2的平均生成速率v(H2)=0.025mol/(L•min);该温度下,反应的平衡常数=0.01.
(7)肼-空气清洁燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液时20%-30%的KOH溶液.肼-空气燃料电池放电时,负极的电极反应式是N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑.电池工作一点时间后,电解质溶液的pH将减小 (填“增大”、“减小”、“不变”).
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