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的三种方法：

（1）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=_________kJ·mol^-1

（2）工业上极少用方法I制取Cu₂O是由于方法I反应条件不易控制，若控温不当，会降低Cu₂O产率,请分析原因：________________。

（3）方法II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）方法III采用离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如下图所示：写出电极反应式并说明该装置制备Cu₂O的原理___________________。

（5）在相同的密闭容器中．用以上两种方法制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：

△H>0，水蒸气的浓度（mol/L）随时间t（min）变化如下表所示：

下列叙述正确的是_________（填字母）。

A．实验的温度:T₂<T₁

B．实验①前20min的平均反应速率v(O₂)=7×10^-5mol·L^-1·min^-1

C．实验②比实验①所用的Cu₂O催化效率高

D．实脸①、②、③的化学平衡常数的关系：K₁=K₂<K₃

Answer

23．（1）2c-a-b；（2）若温度不当，会生成Cu；

（3）4Cu(OH)2+N2H42Cu2O+N2↑+6H2O；

（4）阴极电极反应：2H++2e-=H2↑，c(OH-)增大，通过阴离子交换膜进入阳极室，阳极电极反应：2Cu－2e-＋2OH-=Cu2O＋H2O，获得Cu2O；（5）CD

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，2Cu（s）＋1/2O2(g)=Cu2O（s）△H=akJ·mol-1①，C（s）＋1/2O2(g)=CO(g)△H=bkJ·mol-1②，Cu（s）＋1/2O2(g)=CuO（s）△H=ckJ·mol-1③，根据盖斯定律2×③-①-②可得方法Ⅰ发生的反应为2CuO（s）＋C（s）=Cu2O（s）＋CO(g)；△H=2c-a-bkJ·mol-1。

（2）方法Ⅰ是用碳粉还原氧化铜，若温度不当，会生成Cu，降低Cu2O产率。

（3）根据题目信息：液态肼（N2H4）还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O，同时放出N2，根据得失电子守恒和原子守恒配平，反应的化学方程式为：4Cu(OH)2+N2H42Cu2O+N2↑+6H2O。

（4）根据电解装置图，Ti电极是阴极，溶液中的H＋在阴极得电子生成氢气，则阴极电极反应为2H++2e-=H2↑，阴极c(OH-)增大，通过阴离子交换膜进入阳极室，阳极是活泼电极铜，该电极本身发生失电子的氧化反应，在碱性环境下生成Cu2O，即阳极电极反应为2Cu－2e-＋2OH-=Cu2O＋H2O，获得Cu2O；

（5）A．实验温度越高达到化学平衡时用的时间越短，②达到平衡用30min，而①则用了40min，所以T2＞T1，A项错误；B．实验①前20min的平均反应速率v（O2）=[（0．050-0．0486）/2]÷20min=3．5×10-5mol•L-1•min-1，B项错误；C．实验①和②化学平衡状态未改变，说明加入了催化剂，而实验②到达平衡所需的时间短，说明实验②比实验①所用的Cu2O催化效率高，C项正确；D．实验①和②化学平衡状态未改变，说明加入了催化剂，催化剂不影响化学平衡常数，则K1=K2；根据表格信息，实验③耗时更短，平衡时水蒸气的含量减少，说明平衡正向移动，平衡常数增大，即K1=K2