Question

（1）納米級Cu₂O具有優(yōu)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(yīng)：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(xué)理念設(shè)計(jì)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(yīng)為：2Cu+H₂O 

電解  .

Cu₂O+H₂↑
該電解池陽極的電極反應(yīng)

 

．
【方法III】：加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂制備CU₂O，同時(shí)放出N₂，其化學(xué)反應(yīng)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(jìn)行催化分解水的實(shí)驗(yàn)：
2H₂O（g） 

光照

Cu2O

  2H₂（g）+O₂（g）△H＞0
水蒸氣的濃度隨時(shí)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(shí)驗(yàn)的溫度：T₂

 

T₁（填“＜”或“＞”）
B．實(shí)驗(yàn)①前20min的平均反應(yīng)速率為

 

mol?L^-1?min^-1．
C．實(shí)驗(yàn)②比實(shí)驗(yàn)①中所用的催化劑催化效率

 

（填“高”或“低”）
D．實(shí)驗(yàn)②中水蒸氣的轉(zhuǎn)化率為

 

．

Answer 1

分析：（1）I．根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知熱化學(xué)方程式來計(jì)算反應(yīng)的焓變；
II．在電解池的陽極發(fā)生失電子得還原反應(yīng)；
III．根據(jù)“液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時(shí)放出N₂”來書寫化學(xué)方程式；
（2）A、實(shí)驗(yàn)溫度越高達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)用的時(shí)間越短；
B、根據(jù)反應(yīng)速率v=

△c

△t

來計(jì)算；
C、催化劑不會引起化學(xué)平衡狀態(tài)的改變，會使反應(yīng)速率加快，催化活性越高，速率越快；
D、根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)②中水蒸氣轉(zhuǎn)化的量為0.500-0.480=0.020mol/L，根據(jù)轉(zhuǎn)化率的公式計(jì)算．

解答：解：（1）I．根據(jù)蓋斯定律可以得出反應(yīng)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(gè)反應(yīng)的和，
所以反應(yīng)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(dāng)陽極是活潑電極時(shí)，該電機(jī)本身發(fā)生失電子得還原反應(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，故答案為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
III．根據(jù)題目信息：液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時(shí)放出N₂，得出化學(xué)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(shí)驗(yàn)溫度越高達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)用的時(shí)間越短，②達(dá)到平衡用30min，而①則用了40min，所以T₂＞T₁，故答案為：＞；
B、實(shí)驗(yàn)①前20min的平均反應(yīng)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(shí)驗(yàn)②到達(dá)平衡所用時(shí)間短，所以實(shí)驗(yàn)②中反應(yīng)速率快，催化劑的催化效率高，故答案為：高；
D、根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)②中水蒸氣轉(zhuǎn)化的量為0.500-0.480=0.020mol/L，則轉(zhuǎn)化率為：

0.020

0.500

×100%=4%，故答案為：4%．

點(diǎn)評：本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、電化學(xué)原理以及化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)限度等知識，題目綜合性較強(qiáng)，考查角度廣，難度大．