Question

（1）納米級Cu₂O具有優良的催化性能，下列為制取Cu₂O的三種方法；
【方法1】：用炭粉高溫還原CuO：2CuO+C 

△   .

 Cu₂O+CO
已知：2Cu（s）+

1

2

O₂（g）=Cu₂O（s）△H₁=-169kJ?mol^-1
C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H₂=-110.5kJ?mol^-1
Cu（s）+

1

2

O₂（g）=CuO（s）△H₃=-157kJ?mol^-1
則該方法的反應：2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）中；△H=

 

kJ?mol^-1．
【方法II】：電解法：基于綠色化學理念設計的制取Cu₂O的電解池示意圖如圖，其中電解液為濃的氫氧化鈉溶液，總反應為：2Cu+H₂O 

電解  .

Cu₂O+H₂↑
該電解池陽極的電極反應

 

．
【方法III】：加熱條件下用液態肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂制備CU₂O，同時放出N₂，其化學反應方程式

 

．
（2）在相同的密閉容器中，用以上方法制得的Cu₂O分別進行催化分解水的實驗：
2H₂O（g） 

光照

Cu2O

  2H₂（g）+O₂（g）△H＞0
水蒸氣的濃度隨時間t變化如下表：

序號	t/min	0	10	20	30	40	50
	C/mol-1
	溫度/℃
①	T1	0.500	0.492	0.486	0.482	0.480	0.480
②	T1	0.500	0.488	0.484	0.480	0.480	0.480
③	T2	0.500	0.450	0.450	0.450	0.450	0.450

A．實驗的溫度：T₂

 

T₁（填“＜”或“＞”）
B．實驗①前20min的平均反應速率為

 

mol?L^-1?min^-1．
C．實驗②比實驗①中所用的催化劑催化效率

 

（填“高”或“低”）
D．實驗②中水蒸氣的轉化率為

 

．

Answer 1

分析：（1）I．根據蓋斯定律結合已知熱化學方程式來計算反應的焓變；
II．在電解池的陽極發生失電子得還原反應；
III．根據“液態肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時放出N₂”來書寫化學方程式；
（2）A、實驗溫度越高達到化學平衡時用的時間越短；
B、根據反應速率v=

△c

△t

來計算；
C、催化劑不會引起化學平衡狀態的改變，會使反應速率加快，催化活性越高，速率越快；
D、根據表中數據可知，實驗②中水蒸氣轉化的量為0.500-0.480=0.020mol/L，根據轉化率的公式計算．

解答：解：（1）I．根據蓋斯定律可以得出反應2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）可以是：
2Cu（s）+

1

2

O₂（g）=Cu₂O（s）△H₁=-169kJ?mol^-1，
2CuO（s）=2Cu（s）+O₂（g）△H₃=+157kJ?mol^-1
以及C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H₂=-110.5kJ?mol^-1三個反應的和，
所以反應2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=△H₁+△H₂+2△H₃=-169kJ?mol^-1-110.5kJ?mol^-1+157kJ?mol^-1×2=+34.5kJ?mol^-1，
故答案為：+34.5；
II．在電解池中，當陽極是活潑電極時，該電機本身發生失電子得還原反應，在堿性環境下，金屬銅失去電子的電極反應為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，故答案為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
III．根據題目信息：液態肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時放出N₂，得出化學方程式為：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
（5）A、實驗溫度越高達到化學平衡時用的時間越短，②達到平衡用30min，而①則用了40min，所以T₂＞T₁，故答案為：＞；
B、實驗①前20min的平均反應速率 v（H₂）=

△c

△t

=

0.5mol/L-0.486mol/L

20min

=7×10^-4 mol?L^-1 min^-1，故答案為：7×10^-4；
C、催化劑的活性越高，速率越快，實驗②到達平衡所用時間短，所以實驗②中反應速率快，催化劑的催化效率高，故答案為：高；
D、根據表中數據可知，實驗②中水蒸氣轉化的量為0.500-0.480=0.020mol/L，則轉化率為：

0.020

0.500

×100%=4%，故答案為：4%．

點評：本題考查了蓋斯定律的應用、電化學原理以及化學反應速率和反應限度等知識，題目綜合性較強，考查角度廣，難度大．