Question

【題目】1.

納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而備受關(guān)注，下表為制取納米級Cu2O的三種方法：

窗體頂端

方法Ⅰ	用炭粉在高溫條件下還原CuO
方法Ⅱ	電解法，反應(yīng)為2Cu+H2OCu2O+H2↑。
方法Ⅲ	用肼（N2H4）還原新制Cu(OH)2

（1）工業(yè)上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu2O而很少用方法Ⅰ，其原因是反應(yīng)條件不易控制，若控溫不當(dāng)易生成________而使Cu2O產(chǎn)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

則方法Ⅰ發(fā)生的反應(yīng)：2CuO(s)＋C(s)= Cu2O(s)＋CO(g)；△H =_____。

（3）方法Ⅱ采用離子交換膜控制電解液中OH-的濃度而制備納米Cu2O，電解裝置如下圖所示。

①陰極上的產(chǎn)物是________ 。

②陽極生成Cu2O，其電極反應(yīng)式為_________。

（4）方法Ⅲ為加熱條件下用液態(tài)肼（N2H4）還原新制Cu(OH)2來制備納米級Cu2O，同時放出N2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________。

（5）肼又稱聯(lián)氨，易溶于水，是與氨類似的弱堿，用電離方程式表示肼的水溶液顯堿性的原因______。

（6）向1L恒容密閉容器中充入0.1molN2H4，在30℃、Ni-Pt催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)N2H4（g）N2（g）+2H2（g），測得混合物體系中，（用y表示）與時間的關(guān)系如圖所示。0-4min時間內(nèi)H2的平均生成速率v（H2）=____mol/（L·min）；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)=_______。

（7）肼-空氣清潔燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液時20%-30%的KOH溶液。肼-空氣燃料電池放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)式是_________。電池工作一點時間后，電解質(zhì)溶液的pH將_______（填“增大”、“減小”、“不變”）。

Answer 1

【答案】 Cu -（a+b-2c）kJ/mol（寫成+（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 減小

【解析】（1）工業(yè)上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu2O而很少用方法Ⅰ，其原因是反應(yīng)條件不易控制，若控溫不當(dāng)氧化銅被還原為銅而使Cu2O產(chǎn)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，則根據(jù)蓋斯定律可知①+②－③×2即得到反應(yīng)2CuO(s)＋C(s)= Cu2O(s)＋CO(g)△H =-（a+b-2c）kJ/mol；（3）①陰極上是氫離子放電產(chǎn)生氫氣，則陰極的產(chǎn)物是氫氣。②在電解池中，當(dāng)陽極是活潑電極時，該電極本身發(fā)生失電子的還原反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，金屬銅失去電子的電極反應(yīng)為2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O；（4）方法Ⅲ為加熱條件下用液態(tài)肼（N2H4）還原新制Cu(OH)2來制備納米級Cu2O，同時放出N2，根據(jù)電子得失守恒和原子守恒可知該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Cu(OH)2+ N2H42Cu2O + N2↑ + 6H2O；（5）根據(jù)一水合氨的電離方程式可知肼的電離方程式為N2H4+H2ON2H5++OH-；（6）設(shè)平衡時n（N2）=a，n（H2）=2a，n（N2H4）=0.1 mol-a，則：3a=3.0×（0.1 mol-a），a=0.05 mol，υ（H2）＝0.05mol×2/(1L×4min)＝0.025mol/（Lmin），K=c(N2)×c2(H2)/c(N2H4)=0.05×(0.05×2)2/(0.10.05)=0.01；（7）原電池中負(fù)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，則肼-空氣清潔燃料電池肼在負(fù)極通入，溶液顯堿性，則負(fù)極的電極反應(yīng)式是N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O；正極氧氣得到電子，電極反應(yīng)式為O2+4e－+2H2O＝4OH－，反應(yīng)后生成水和氮氣，則電池工作一點時間后，電解質(zhì)溶液的pH將減小。