Question

1.

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而备受关注，下表为制取纳米级Cu₂O的三种方法：

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方法Ⅰ	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法Ⅱ	电解法，反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。
方法Ⅲ	用肼（N2H4）还原新制Cu(OH)2

（1）工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu₂O而很少用方法Ⅰ，其原因是反应条件不易控制，若控温不当易生成________而使Cu₂O产率降低。

（2）已知：2Cu(s)＋1/2O₂(g)=Cu₂O(s)    △H =-akJ·mol^-1

C(s)＋1/2O₂(g)=CO(g)               △H =-bkJ·mol-1

Cu(s)＋1/2O₂(g)=CuO(s)               △H =-ckJ·mol^-1

则方法Ⅰ发生的反应：2CuO(s)＋C(s)= Cu₂O(s)＋CO(g)；△H =_____。

（3）方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度而制备纳米Cu₂O，电解装置如下图所示。

①阴极上的产物是________ 。

②阳极生成Cu₂O，其电极反应式为_________。

（4）方法Ⅲ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，该反应的化学方程式为____________。

（5）肼又称联氨，易溶于水，是与氨类似的弱碱，用电离方程式表示肼的水溶液显碱性的原因______。

（6）向1L恒容密闭容器中充入0.1molN₂H₄，在30℃、Ni-Pt催化剂作用下发生反应N₂H₄（g）N₂（g）+2H₂（g），测得混合物体系中，（用y表示）与时间的关系如图所示。0-4min时间内H₂的平均生成速率v（H₂）=____mol/（L·min）；该温度下，反应的平衡常数=_______。

（7）肼-空气清洁燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液时20%-30%的KOH溶液。肼-空气燃料电池放电时，负极的电极反应式是_________。电池工作一点时间后，电解质溶液的pH将_______（填“增大”、“减小”、“不变”）。

Answer

Cu -（a+b-2c）kJ/mol（写成+（a-b+2c）kJ/mol也可） H2 2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O 4Cu(OH)2 + N2H42Cu2O + N2↑ + 6H2O N2H4+H2ON2H5++OH- 0.025 0.01 N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O 减小

【解析】（1）工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu2O而很少用方法Ⅰ，其原因是反应条件不易控制，若控温不当氧化铜被还原为铜而使Cu2O产率降低；（2）已知：①2Cu(s)＋1/2O2(g)=Cu2O(s)   △H =-akJ·mol-1，②C(s)＋1/2O2(g)=CO(g)     △H =-bkJ·mol-1，③Cu(s)＋1/2O2(g)=CuO(s)    △H =-ckJ·mol-1，则根据盖斯定律可知①+②－③×2即得到反应2CuO(s)＋C(s)= Cu2O(s)＋CO(g)△H =-（a+b-2c）kJ/mol；（3）①阴极上是氢离子放电产生氢气，则阴极的产物是氢气。②在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电极本身发生失电子的还原反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O；（4）方法Ⅲ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，根据电子得失守恒和原子守恒可知该反应的化学方程式为4Cu(OH)2+ N2H42Cu2O + N2↑ + 6H2O；（5）根据一水合氨的电离方程式可知肼的电离方程式为N2H4+H2ON2H5++OH-；（6）设平衡时n（N2）=a，n（H2）=2a，n（N2H4）=0.1 mol-a，则：3a=3.0×（0.1 mol-a），a=0.05 mol，υ（H2）＝0.05mol×2/(1L×4min)＝0.025mol/（L•min），K=c(N2)×c2(H2)/c(N2H4)=0.05×(0.05×2)2/(0.1−0.05)=0.01；（7）原电池中负极发生失去电子的氧化反应，则肼-空气清洁燃料电池肼在负极通入，溶液显碱性，则负极的电极反应式是N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O；正极氧气得到电子，电极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－，反应后生成水和氮气，则电池工作一点时间后，电解质溶液的pH将减小。