Question

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu₂O的四种方法：

方法a	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法b	用葡萄糖还原新制的Cu(OH)2制备Cu2O；
方法c	电解法，反应为2Cu + H2OCu2O + H2↑。
方法d	用肼（N2H4）还原新制的Cu(OH)2

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

②C（s）＋O₂(g)=CO(g)；△H = -110.5kJ·mol^-1

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

则方法a发生的热化学方程式是：                        。

（2）方法c采用离子交换膜控制电解液中OH^－的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示：

该离子交换膜为           离子交换膜（填“阴”或“阳”），该电池的阳极反应式为            ，钛极附近的pH值           （填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）方法d为加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu(OH)₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为                     。

（4）在相同的密闭容器中，用以上方法制得的三种Cu₂O分别进行催化分解水的实验：   △H>0。水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示：

序号		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对比实验的温度：T₂          T₁（填“﹥”“﹤”或“﹦”），能否通过对比实验①③到达平衡所需时间长短判断：          （填 “能”或“否”）。

②实验①前20 min的平均反应速率 v(O₂)=         

③催化剂的催化效率：实验①            实验②（填“﹥”或“﹤”）。

Answer

（1）2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+34. 5kJ/mol（2分）

（2）阴（1分) 2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O（2分） 增大（2分）

（3）4Cu(OH)2+N2H42Cu2O+6H2O+N2↑（2分）

（4）①＞（1分) 否（1分)

②3.5×10-5 mol/(L·min)（2分） ③＜（2分）

【解析】

试题分析：（1）用碳还原CuO，发生的化学方程式是2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g)，根据盖斯定律，可知该反应的反应热为①+②-2×③=（-169kJ·mol-1）+（-110.5kJ·mol-1）-2×（-157kJ·mol-1）=+34.5kJ/mol，则方法a发生的热化学方程式是2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g) ΔH＝+34. 5kJ/mol；

（2）该电解池的阳极发生氧化反应，所以Cu失去电子，与氢氧根离子结合生成氧化亚铜和水，电极反应式是2Cu-2e-+2OH-＝Cu2O+H2O；钛极为阴极，氢离子放电生成氢气，则氢氧根离子浓度增大，所以钛极附近的pH值增大；

（3）方法d为加热条件下用液态肼（N2H4）还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O，同时放出N2，根据元素守恒可知，还有水生成，则化学方程式是4Cu(OH)2 + N2H4 2Cu2O + 6H2O + N2↑；

（4）①T2时20min即达平衡状态，所以T2的反应速率快，则T2＞T1；由于①③实验中的起始浓度不同，所以不能通过对比实验①③到达平衡所需时间长短判断；

②实验①前20 min内水蒸气的浓度减小（0.05-0.0486）mol/L＝0.0014mol/L，则氧气的浓度增加0.0007mol/L，所以前20min内的平均反应速率 v(O2)=0.0007mol/L÷20min=3.5×10-5 mol·L-1 min-1；

③①与②相比，达到的平衡状态相同，但②达到平衡的时间短，所以②的反应速率快，则实验②比实验①所用的催化剂催化效率高。

【考点定位】本题主要是考查盖斯定律的应用，电极反应式的书写，化学反应的判断，反应速率的计算

【名师点晴】该题的难点是外界条件对化学反应速率影响实验设计与探究。影响化学反应速率的因素有多种，在探究相关规律时，需要控制其他条件不变，只改变某一个条件，探究这一条件对反应速率的影响。变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据归纳得出合理结论的能力，因而在这几年高考试题中有所考查。解答此类题时，要认真审题，清楚实验目的，弄清要探究的外界条件有哪些。然后分析题给图表，确定一个变化的量，弄清在其他几个量不变的情况下，这个变化量对实验结果的影响，进而总结出规律。然后再确定另一个变量，重新进行相关分析。