Question

16．納米級(jí)Cu₂O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注，下表為制取Cu₂O的三種方法：

方法I	用碳粉在高溫條件下還原CuO
方法II	用肼（N2H4）還原新制Cu（OH）2
方法III	電解法，反應(yīng)為2Cu+H2O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu2O+H2↑

（1）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
則方法I發(fā)生的反應(yīng)：2Cu O（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）；△H=2c-a-bkJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上很少用方法I制取Cu₂O，是由于方法I反應(yīng)條件不易控制，若控溫不當(dāng)，會(huì)降低Cu₂O產(chǎn)率，請分析原因：若溫度不當(dāng)，會(huì)生成Cu．
（3）方法II為加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂．
該制法的化學(xué)方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2Cu₂O+6H₂O+N₂．
（4）方法III采用離子交換膜控制電解液中OH^-的濃度而制備納米Cu₂O，裝置如圖所示，寫出電極反應(yīng)式
并說明該裝置制備Cu₂O的原理陰極電極反應(yīng)：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，陽極電極反應(yīng)：2 Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，獲得Cu₂O．
（5）在相同的密閉容器中，用以上兩種方法制得的Cu₂O分別進(jìn)行催化分解水的實(shí)驗(yàn)：
2H₂O（g）$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H＞0，水蒸氣的濃度（mol/L）隨時(shí)間t（min）
變化如下表所示．

序號(hào)	Cu2O a克	溫度	0	10	20	30	40	50
①	方法II	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	方法III	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	方法III	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

下列敘述正確的是cd（填字母代號(hào)）．
a．實(shí)驗(yàn)的溫度：T₂＜T₁
b．實(shí)驗(yàn)①前20min的平均反應(yīng)速率v（O₂）=7×10^-5mol•L^-1•min^-1
c．實(shí)驗(yàn)②比實(shí)驗(yàn)①所用的Cu₂O催化效率高
d． 實(shí)驗(yàn)①、②、③的化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系：K₁=K₂＜K₃．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)作相應(yīng)的加減；
（2）在加熱條件下，C與CuO也能生成Cu；
（3）液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂，根據(jù)得失電子守恒分析；
（4）陰極上氫離子得電子生成氫氣，陽極上Cu失電子生成Cu₂O；
（5）a．根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來回答；
b．根據(jù)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$來計(jì)算；
c．催化劑不會(huì)引起化學(xué)平衡狀態(tài)的改變，會(huì)使反應(yīng)速率加快，活性越高，速率越快；
d．k只與溫度有關(guān)，溫度越高，k越大．

解答 解：（1）已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）；△H=-akJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）；△H=-bkJ•mol^-1，
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）；△H=-ckJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，①-③×2+②得2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）；△H=2c-a-bkJ•mol^-1；
故答案為：2c-a-b；
（2）在加熱條件下，C與CuO也能生成Cu，所以若溫度不當(dāng)，會(huì)生成Cu，故答案為：若溫度不當(dāng)，會(huì)生成Cu；
（3）液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂，其反應(yīng)的方程式為：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2Cu₂O+6H₂O+N₂↑；
故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2Cu₂O+6H₂O+N₂↑；
（4）陰極上氫離子得電子生成氫氣，陰極電極反應(yīng)：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下Cu在陽極失去電子得到Cu₂O與H₂O，陽極電極反應(yīng)式為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
故答案為：陰極電極反應(yīng)：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，陽極電極反應(yīng)：2 Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，獲得Cu₂O；
（5）a．實(shí)驗(yàn)溫度越高達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)水蒸氣轉(zhuǎn)化率越大，②和③相比，③轉(zhuǎn)化率高，所以T₂＞T₁，故a錯(cuò)誤；
b．實(shí)驗(yàn)①前20min的平均反應(yīng)速率 v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.05mol/L-0.0486mol/L}{20min}$=7×10^-5 mol•L^-1 min^-1，則v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（H₂）=3.5×10^-5mol/（L．min），故b錯(cuò)誤；
c．②③化學(xué)平衡狀態(tài)未改變，反應(yīng)速率加快，則是加入了催化劑，催化劑的活性越高，速率越快，在相等時(shí)間內(nèi)，③中水蒸氣的濃度變化比②快，則實(shí)驗(yàn)②比實(shí)驗(yàn)①所用的Cu₂O催化效率高，故c正確；
d．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度越高，k越大，由a分析可知，T₂＞T₁，所以實(shí)驗(yàn)①、②、③的化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系：K₁=K₂＜K₃，故d正確；
故答案為：cd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、電解原理的應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和配平、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算以及化學(xué)平衡移動(dòng)、平衡常數(shù)等，題目綜合性較大，難度中等，是對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，注意基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．