Question

科學研究發(fā)現(xiàn)Cu₂O可作為太陽光分解水的催化劑．
Ⅰ．通過以下四種方法來制備Cu₂O．
a．火法還原：用炭粉在高溫條件下還原CuO；
b．用CH₃CHO還原新制的Cu（OH）₂：該制法的化學方程式為

 

；
c．電解法：2Cu+H₂O        Cu₂O+H₂↑；
d．最新實驗研究用肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時放出N₂．該制法的化學方程式為

 

．
Ⅱ．用制得的Cu₂O進行催化分解水的實驗．
（1）一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級Cu₂O并通入0.10mol水蒸氣，發(fā)生反應：2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ/mol．測得不同時段產(chǎn)生O₂的量見下表：

時間/min	20	40	60	80
n（O2）/mol	0.0010	0.0016	0.0020	0.0020

前20min的反應速率 v（H₂O）=

 

；該條件下，反應達平衡時，至少需要吸收的光能為

 

kJ．
（2）用以上四種方法制得的Cu₂O在相同條件下分別對水進行催化分解，產(chǎn)生氫氣的體積V（H₂）隨時間t變化如圖所示，則下列說法正確的是

 

．
A．c、d方法制得的Cu₂O催化效率相對較高
B．d方法制得的Cu₂O作催化劑時，水的平衡轉化率最高
C．催化效果與Cu₂O顆粒的粗細、表面活性等有關
D．分解等物質的量的水時，d方法制得的Cu₂O作催化劑所需吸收的能量最低．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,化學反應速率的影響因素,化學反應速率和化學計量數(shù)的關系

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ、b．用CH₃CHO還原新制的Cu（OH）₂，反應生成氧化亞銅磚紅色沉淀，乙酸和水，據(jù)此寫出化學方程式；
d．根據(jù)反應物和生成物結合質量守恒書寫化學方程式；
Ⅱ、（1）根據(jù)化學反應速率之比等于計算數(shù)之比計算反應速率，達平衡時，生成氧氣0.002mol，根據(jù)熱化學方程式計算；
（2）根據(jù)圖象曲線的變化趨勢判斷，曲線斜率越大，反應速率越大，溫度升高，斜率逐漸減小，以此解答．

解答： 解：Ⅰ、b．用CH₃CHO還原新制的Cu（OH）₂，反應生成氧化亞銅磚紅色沉淀，乙酸和水，該制法的化學方程式為CH₃CHO+2Cu（OH）₂

△

Cu₂O↓+CH₃CHO+2H₂O；
故答案為：CH₃CHO+2Cu（OH）₂

△

Cu₂O↓+CH₃CHO+2H₂O；
d．用肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時放出N₂，反應的方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂+6H₂O，
故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂+6H₂O；
Ⅱ、（1）由表中數(shù)據(jù)可知前20min時v（O₂）=

0.0010mol 2L

20min

=2.5×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，
則v（H₂O）=2v（O₂）=5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，達平衡時，生成氧氣0.002mol，至少需要吸收的光能為0.002mol×484kJ?mol^-1=0.968kJ，
故答案為：5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1；0.968；
（2）A．c、d曲線斜率較大，說明反應速率較大，則c、d方法制得的Cu₂O催化效率相對較高，故A正確；
B．催化劑只改變反應速率，不影響平衡移動，故B錯誤；
C．用不同的方法制備的氧化亞銅的顆粒大小不同，由圖象可知催化效果不同，則催化效果與Cu₂O顆粒的粗細、表面活性等有關，故C正確；
D．溫度升高，斜率逐漸減小，說明Cu₂O催化水分解時，需要適宜的溫度，分解等物質的量的水時，d方法制得的氫氣最多，因此Cu₂O作催化劑所需吸收的能量最高，故D錯誤；
故答案為：AC．

點評：本題考查較為綜合，涉及氧化亞銅的制備方案、電解、化學平衡以及反應速率的影響等知識，側重于學生的分析能力的考查，為高考常見題型，難度中等．