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的两种方法：

方法a：用炭粉在高温条件下还原CuO

方法b：电解法，反应为2Cu+H₂OCu₂O+H₂↑

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

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

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

则方法a中反应的热化学方程式是：_________________。

（2）方法b是用肼燃料电池为电源，通过离子交换膜电解法控制电解液中OH^-的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示：

① 上述装置中B电极应连______电极（填“℃”或“D”）

② 该离子交换膜为_______离子交换膜（填“阴”或“阳”），该电解池的阳极反应式为：______。

③ 原电池中负极反应式为：_______________。

（3）在相同体积的恒容密闭容器中，用以上方法制得的两种Cu₂O分别进行催化分解水的实验：

2H₂O2H₂(g)+O₂(g)     △H>0

水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示：

①催化剂的效率：实验①_______实验②（填“>”或“<”）；

② 实验①、②、③的化学平衡常数K₁、K₂、K₃的大小关系为：_______。

Answer

2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+34. 5kJ/mol D 阴 2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O N2H4-4e—+4OH-=N2↑+4H2O ＜ K1=K2＜K3

【解析】(1)①2Cu(s)+ O2(g)═Cu2O(s)△H=-169kJ•mol-1；②C(s)+ O2(g)═CO(g)△H=-110.5kJ•mol-1；③2Cu(s)+O2(g)═2CuO(s)△H=-314kJ•mol-1；
依据盖斯定律②+①-③得到：C(s)+2CuO (s)=CuO(s)+CO(g)△H=+34.5kJ•mol-1；

(2)①铜失电子发生氧化反应，为电解池的阳极，故B连接电源的正极，而燃烧电池通氧气的极为正极，则B连接D；

②电解池工作时，OH-向阳极移动，则离子交换膜为阴离子交换膜；在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电机本身发生失电子得还原反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O；

③原电池的负极发生氧化反应，其电极反应为 N2H4-4e—+4OH-=N2↑+4H2O；

(3)催化剂不会引起化学平衡状态的改变，会使反应速率加快，反应②比反应①达到平衡所用时间短，平衡状态相同，反应速率快，所以①＜②，实验温度越高达到化学平衡时水蒸气转化率越大，②和③相比，③转化率高，所以T2＞T1；平衡常数只受温度影响，且升高温度平衡正向移动，则实验①、②、③的化学平衡常数K1、K2、K3的大小关系为K1=K2＜K3。