摘要：2．科学研究发现纳米Cu2O可作为太阳光分解水的催化剂. Ⅰ.下表为制取Cu2O的四种方法: 方法① 用碳粉在高温条件下还原CuO 方法② 电解法.反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑ 方法③ 用肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2悬浊液 方法④ 用葡萄糖[CH2OH4CHO]还原新制的Cu(OH)2悬浊液 (1)工业上常用方法②和方法③制取Cu2O.而很少用方法①.其原因是 . +O2(g)===Cu2O(s) ΔH＝-169 kJ·mol-1.C(s)+O2 ΔH＝-110.5 kJ·mol-1.Cu(s)+O2 ΔH＝-157 kJ·mol-1.则方法①发生的反应为2CuO===Cu2O ΔH＝ kJ·mol-1. (3)方法②采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度来制备纳米Cu2O.装置如图所示.该电池的阳极反应式为 . (4)方法③为加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2悬浊液来制备纳米Cu2O.同时放出N2.该制法的化学反应方程式为 . (5)方法④的化学反应方程式为 . Ⅱ.用制得的Cu2O进行催化分解水的实验. (6)一定温度下.在2 L密闭容器中加入纳米Cu2O并通入0.10 mol水蒸气.发生反应:2H2O(g) 2H2(g)+O2(g) ΔH＝+484 kJ·mol-1.不同时段产生O2的量见下表: 时间/min 20 40 60 80 n(O2)/mol 0.001 0 0.001 6 0.002 0 0.002 0 前20 min的反应速率v(H2O)＝ .该反应的平衡常数表达式K＝ .达平衡时.至少需要吸收的光能为 kJ. (7)用以上四种方法制得的Cu2O在某相同条件下分别催化分解水.产生氢气的速率v随时间t变化的曲线如图所示.下列叙述正确的是 . A．③④方法制得的Cu2O催化效率相对较高 B．④方法制得的Cu2O作催化剂时.水的平衡转化率最高 C．催化效果与Cu2O颗粒的大小.表面活性等有关 D．Cu2O催化分解水时.需要适宜的温度 [解析] 本题通过物质的制备.考查反应的热效应.电化学等知识. (1)方法①中高温浪费能源.更重要的是反应可能产生铜单质.从而造成产物不纯. (2)把所给三个方程式标注为a.b.c.根据盖斯定律用化学方程式叠加法:a+b-c×2.即可得出反应:2CuO===Cu2O ΔH＝+34.5 kJ·mol-1. (3)电解池的阳极发生氧化反应.铜失去电子转化为Cu2O.电极反应式为2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O.这里是碱性介质.不能写成2Cu-2e-+H2O===Cu2O+2H+. (4)反应的方程式为4Cu(OH)2+N2H42Cu2O↓+N2↑+6H2O. (5)方法④的化学反应方程式为CH2OH4CHO+2Cu(OH)2CH2OH4COOH+Cu2O↓+2H2O. (6)由题可得v(H2O)＝2v(O2)＝2×0.001 0 mol÷2 L÷20 min＝5.0×10-5 mol·L-1·min-1.在这里通过计算氧气表示的化学反应速率再转换成水表示的化学反应速率.比直接用水计算简便得多.平衡时产生氧气0.0020 mol.需要吸收的光能为0.002 0 mol×484 kJ·mol-1＝0.968 kJ≈0.97 kJ.注意题目中要求的有效数字是两位. (7)催化剂只能影响化学反应速率而不能改变转化率.故B选项错误. [答案] Ⅰ.(1)反应不易控制.易还原产生Cu.从而导致产物不纯.且高温浪费能源 (2)+34.5 (3)2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O 2+N2H42Cu2O↓+N2↑+6H2O (5)CH2OH4CHO+2Cu(OH)2 CH2OH4COOH+Cu2O↓+2H2O Ⅱ.(6)5.0×10-5 mol·L-1·min-1 0.97 (7)ACD

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