Question

【題目】納米氧化亞銅在水的光解等領(lǐng)域具有極大應(yīng)用潛能，是極具開發(fā)前景的綠色環(huán)保光催化劑。目前主要的合成方法有電解法、高溫固相法等。

（1）有研究表明陽極氧化法成功制得了Cu2O 納米陣列，裝置如圖：

該電池的陽極反應(yīng)方程式為 離子交換膜為_______(填陽或陰)離子交換膜，銅網(wǎng)應(yīng)連接電源的_____極。

（2）在高溫下用甲烷將粉狀CuO 還原也可制得Cu2O。

已知：①2Cu(s)＋1/2O2(g)=Cu2O(s)；△H = -169kJ/mol

②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)；△H = -846.3 kJ/mol

③ Cu(s)＋1/2O2(g)=CuO(s)；△H = -157 kJ/mol

則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是：__________。

（3）在相同的密閉容器中，用等質(zhì)量的三種納米Cu2O(用不同方法制得)分別進行催化分解水的實驗：2H2O(g) 2H2(g)+O2(g) △H>0。水蒸氣濃度隨時間t變化如下表所示：

序號		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對比實驗的溫度：T2 T1(填“﹥”“﹤”或“﹦”)，原因是___________________。

②實驗①前20 min的平均反應(yīng)速率 v(O2)=

③比較不同方法制得的Cu2O的催化效果應(yīng)選用__________組實驗，原因是___________。

Answer 1

【答案】（1）2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O；陰；正；

（2）8CuO(s)+ CH4(g)=4Cu2O(s)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-266.3kJ/mol；

（3）①﹥；因為該反應(yīng)的正反應(yīng)方向為吸熱方向，升溫，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大。③的平衡常數(shù)大于①，說明T2大于T1；②3.5×10-5 mol/(L·min) ；③①和②；除催化劑外，其他條件相同

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)題意，銅電極發(fā)生氧化反應(yīng)生成Cu2O，則銅網(wǎng)電極是陽極，鈦網(wǎng)電極為陰極，陽極反應(yīng)方程式為2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O，陰極上溶液中的氫離子放電，陽極區(qū)生成的氫氧根離子通過離子交換膜向陰極移動中和電荷，故答案為：2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O；陰；正；

（2）已知：①2Cu(s)＋1/2O2(g)=Cu2O(s)；△H = -169kJ/mol

②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)；△H = -846.3 kJ/mol

③ Cu(s)＋1/2O2(g)=CuO(s)；△H = -157 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，將②-③×8+①×4，得：8CuO(s)+ CH4(g)=4Cu2O(s)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH=(-846.3 kJ/mol)-(-157 kJ/mol)×8+(-169kJ/mol)×4=-266.3kJ/mol，故答案為：8CuO(s)+ CH4(g)=4Cu2O(s)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-266.3kJ/mol；

（3）①實驗溫度越高達到化學(xué)平衡時水蒸氣轉(zhuǎn)化率越大，②和③相比，③轉(zhuǎn)化率高所以T2＞T1，故答案為：﹥；因為該反應(yīng)的正反應(yīng)方向為吸熱方向，升溫，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大。③的平衡常數(shù)大于①，說明T2大于T1；

②實驗①前20min的平均反應(yīng)速率 v(H2O)===7×10-5 mol/(L·min)，所以v(O2)=×7×10-5 mol/(L·min)=3.5×10-5 mol/(L·min)，故答案為：3.5×10-5 mol/(L·min)；

③比較不同方法制得的Cu2O的催化效果應(yīng)選用①和②，因為除催化劑外，其他條件相同，故答案為：①和②；除催化劑外，其他條件相同。