Question

纳米级Cu₂O是优良的催化剂和半导体材料，工业上常用下列方法制备Cu₂O。

（1）热还原法

加热条件下，用液态肼（N₂H₄）还原新制的Cu(OH）₂制备Cu₂O，同时放出N₂。该反应的化学方程式为                 。

（2）电解法   以氢氧燃料电池为电源，用电解法制备Cu₂O的装置如图。

①A的化学式为                 。

②燃料电池中，OH^-的移动方向为                 （填“由左向右”或“由右向左”）；电解池中，阳极的电极反应式为                 。

③电解一段时间后，欲使阴极室溶液恢复原来组成，应向其中补充一定量                 (填化学式）。

④制备过程中，可循环利用的物质为                 （填化学式）。

（3）干法还原法

利用反应Cu +CuOCu₂O制备Cu₂O。将反应后的均匀固体混合物（含有三种成分）等分为两份，一份与足量H₂充分反应后，固体质量减少6.4g；另一份恰好溶于500mL稀硝酸，生成标准状况下4.48LNO，该稀硝酸的物质的量浓度为________。

Answer

（1）4Cu(OH）2+N2H4N2+2Cu2O+6H2O(2分）；

（2）①O2(2分）；②由左向右(2分），2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O(2分）；③H2O(2分）；④H2(2分）；

（3）3.2mol/L（3分）。

【解析】

试题分析：（1）在加热条件下，用液态肼（N2H4）还原新制的Cu(OH）2制备Cu2O，同时放出N2。根据原子守恒、电子守恒可得该反应的化学方程式为4Cu(OH）2+N2H4N2+2Cu2O+6H2O；（2）①用氢氧燃料电池为电源，用电解法制备Cu2O，则Cu电极与电源的正极连接，在燃料电池通氧气的极为正极，通入氢气的电极为负极，所以可知气体A为氧气，A的化学式为O2 ；②根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在原电池内阴离子向负极移动，故燃料电池内OH-的移动方向为从左向右移动；在电解池中阳极是铜被氧化产生Cu+，然后与溶液中的OH-结合形成Cu2O，电极反应式为2Cu+ 2OH-- 2e-=Cu2O+H2O；③电解池内发生的总反应式为2Cu+H2OCu2O+H2↑，可知从溶液中减少了水的组成，故需要补充的物质是水，化学式是H2O；④电解池阴极得到的氢气可补充燃料电池中，作为燃料消耗的氢气，可见可循环的物质为H2； （3） 将Cu2O拆分为Cu、CuO，原混合物看做Cu、CuO的混合物,将一份混合物用足量的氢气还原，得到Cu和水，反应后固体质量减少6.40g为混合物中O元素的质量，O原子的物质的量为n(O）=6.4g÷16g/mol=0.4mol，根据Cu元素守恒可知n(CuO）= n(O）=0.4mol；另一份中加入500mL稀硝酸，固体恰好完全溶解，溶液中溶质为Cu(NO3）2，且同时收集到标准状况下NO气体4.48L，NO的物质的量为n(NO）=4.48L÷22.4L/mol=0.2mol，根据电子转移守恒可知在拆分后Cu、CuO的混合物中,2n(Cu）=3n(NO）=3×0.2mol，n (Cu）=0.3mol，由铜元素守恒可知n[Cu(NO3）2]=n（CuO）+n（Cu）=0.4mol+0.3mol=0.7mol，根据氮元素守恒可知n(HNO3）= n(NO）+2 n[Cu(NO3）2] =0.2mol+ 2× 0.7mol=1.6mol，硝酸的浓度为1.6mol÷0.5L=3.2 mol/L。

考点：考查氧化还原反应原理、电化学理论、混合物的计算、守恒计算等知识。