Question

（2011?青島模擬）Cu的化合物在生活及科研中有重要作用，不同反應(yīng)可制得不同狀態(tài)的Cu₂O
（1）科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)納米級的Cu₂O可作為太陽光分解水的催化劑．
①在加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時放出N₂．當(dāng)收集的N₂體積為3.36L（已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）時，可制備納米級Cu₂O的質(zhì)量為

43.2g

；
②一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級Cu₂O并通入0.20mol水蒸氣，發(fā)生反應(yīng)：
2H₂O（g）2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ?mol^-1；測得20min時O₂的物質(zhì)的量為0.0016mol，則前20min的反應(yīng)速率v（H₂O）=

8×10^-5mol/（L?min）

；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c2(H2)?c(O2)

c2(H2O)

；下圖表示在t₁時刻達(dá)到平衡后，只改變一個條件又達(dá)到平衡的不同時段內(nèi)，H₂的濃度隨時間變化的情況，則t₁時平衡的移動方向為

逆向

，t₂時改變的條件可能為

增大壓強(qiáng)或增大H₂濃度

；若以K₁、K₂、K₃分別表示t₁時刻起改變條件的三個時間段內(nèi)的平衡常數(shù)，t₃時刻沒有加入或減少體系中的任何物質(zhì)，則K₁、K₂、K₃的關(guān)系為

K₁=K₂＜K₃

；
（2）已知：2Cu₂（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ?mol^-1     
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1
請寫出用足量炭粉還原CuO（s）制備Cu₂O（s）的熱化學(xué)方程式

2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.5kJ?mol^-1

；
（3）用電解法也可制備Cu₂O．原理如右上圖所示，則陽極電極反應(yīng)可以表示為

2Cu++2OH^--2e^-=C₂u+H₂O

．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目守恒計算．
②根據(jù)v=

△c

△t

計算v（O₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（H₂O）；
平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值；
由圖可知H₂的濃度隨時間降低，改變條件瞬間H₂濃度不變，所以不可能是改變H₂濃度，故改變的條件使平衡向逆反應(yīng)移動；
由圖可知t₂時，改變條件瞬間H₂濃度增大，體積減小增大壓強(qiáng)可以使H₂濃度增大，增大H₂濃度也可使H₂濃度增大；
t₁時刻與t₂時刻溫度相同，溫度不變，平衡常數(shù)不變．由圖可知t₃時刻沒有加入或減少體系中的任何物質(zhì)，H₂濃度增大，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，且正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以t₃時刻改變的體積為升高溫度．
（2）根據(jù)蓋斯定律解答．
（3）銅在陽極上，被氧化，與氫氧根反應(yīng)生成氧化亞銅與水．

解答：解：（1）①令生成的Cu₂O的物質(zhì)的量為nmol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目守恒，則有
nmol×2×（1-0）=

3.36L

22.4L/mol

×2×[0-（-2）]，解得n=0.3
所以可制備Cu₂O的質(zhì)量為0.3mol×144g/mol=43.2g．
故答案為：43.2g．
②20min時O₂的物質(zhì)的量為0.0016mol，所以v（O₂）=

0.0016mol 2L

20min

=4×10^-5mol/（L?min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，所以v（H₂O）=2v（O₂）=2×4×10^-5mol/（L?min）=8×10^-5mol/（L?min）．
平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值，所以反應(yīng)2H₂O（g）2H₂（g）+O₂（g）平衡常數(shù)的表達(dá)式k=

c2(H2)?c(O2)

c2(H2O)

．
由圖可知H₂的濃度隨時間降低，改變條件瞬間H₂濃度不變，所以不可能是改變H₂濃度，故改變的條件使平衡向逆反應(yīng)移動，使H₂的濃度降低．
由圖可知t₂時，改變條件瞬間H₂濃度增大，體積減小增大壓強(qiáng)可以使H₂濃度增大，增大H₂濃度也可使H₂濃度增大，所以改變的條件為增大壓強(qiáng)或增大H₂濃度．
t₁時刻與t₂時刻溫度相同，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以K₁=K₂．t₃時刻沒有加入或減少體系中的任何物質(zhì)，由圖可知，H₂濃度增大，所以平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，且正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以t₃時刻改變的條件為升高溫度，所以K₂＜K₃．所以K₁=K₂＜K₃．
故答案為：8×10^-5mol/（L?min）；

c2(H2)?c(O2)

c2(H2O)

；逆向；增大壓強(qiáng)或增大H₂濃度；K₁=K₂＜K₃．
（2）已知：①2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ?mol^-1     
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①得4CuO（s）+2C（s）=2CO（g）+2Cu₂O（s），△H=+71kJ?mol^-1
即2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.5kJ?mol^-1
故答案為：2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.5kJ?mol^-1．
（3）銅在陽極上，被氧化，與氫氧根反應(yīng)生成氧化亞銅與水，電極反應(yīng)式為2Cu++2OH^--2e^-=C₂u+H₂O．
故答案為：2Cu++2OH^--2e^-=C₂u+H₂O．

點(diǎn)評：本題總合性較大，涉及電子轉(zhuǎn)移守恒、反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素、熱化學(xué)方程式、電化學(xué)等．化學(xué)平衡的知識主要通過濃度-時間圖來進(jìn)行，考查學(xué)生從圖象獲取信息的能力，難度較大．