Question

3．科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)納米級(jí)的Cu₂O可作為太陽(yáng)光分解水的催化劑．
Ⅰ四種制取Cu₂O的方法
（a）用炭粉在高溫條件下還原CuO制備Cu₂O；
（b）用葡萄糖還原新制的Cu（OH）₂懸濁液制備Cu₂O；
（c）電解法制備Cu₂O．原理如右圖所示反應(yīng)為：2Cu+H₂O=Cu₂O+H₂↑，則銅作為陽(yáng)極；
（d）最新實(shí)驗(yàn)研究加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂和水蒸氣．該制法的化學(xué)方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂+6H₂O．
Ⅱ用制得的Cu₂O進(jìn)行催化分解水的實(shí)驗(yàn)Cu₂O光照
（1）一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級(jí)Cu₂O并通入10.0mol水蒸氣，發(fā)生反應(yīng)：
2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•mol^-1
T₁溫度下不同時(shí)段產(chǎn)生O₂的量見(jiàn)下表：

時(shí)間/min	20	40	60	80
n（O2）/mol	1.0	1.6	2.0	2.0

前20min的反應(yīng)速率 v（H₂O）=5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1；該該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$；若T₂溫度下K=0.4，T₁＞T₂（填＞、＜、=）
（2）用以上四種方法制得的Cu₂O在某相同條件下分別對(duì)四份 相同質(zhì)量的水催化分解，產(chǎn)生的氫氣經(jīng)干燥裝置并用針筒收集；V（H₂）隨時(shí)間t變化如右圖所示．下列敘述正確的是BC（雙選題）．
A．d方法制得的Cu₂O能使水劇烈分解并放出熱量
B．d方法制得的Cu₂O顆粒最小，表面活性大，所以催化效果明顯．
C． c、d 產(chǎn)生的氫氣總體積不同可能和水的蒸發(fā)有關(guān)
D． d方法制得的Cu₂O作催化劑時(shí)，水的平衡轉(zhuǎn)化率最高．

Answer 1

分析 Ⅰ．（b）葡萄糖[CH₂OH（CHOH）₄CHO]與新制的Cu（OH）₂在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成葡萄糖酸和氧化亞銅；
（c）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)化合物的變化判斷；
（d）根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合質(zhì)量守恒書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
Ⅱ．（1）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于計(jì)算數(shù)之比計(jì)算反應(yīng)速率，達(dá)平衡時(shí)，生成氧氣0.002mol，根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算；
（2）根據(jù)圖象曲線的變化趨勢(shì)判斷，曲線斜率越大，反應(yīng)速率越大，溫度升高，斜率逐漸減小，以此解答．

解答 解：I．（b）葡萄糖[CH₂OH（CHOH）₄CHO]與新制的Cu（OH）₂在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成葡萄糖酸和氧化亞銅，
故答案為：新制的Cu（OH）₂；
（c）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，由方程式可知Cu被氧化生成Cu₂O，
故答案為：陽(yáng)；
（d）用肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂，反應(yīng)的方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂+6H₂O，
故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂+6H₂O；
Ⅱ．（1）由表中數(shù)據(jù)可知前20min時(shí)v（O₂）=$\frac{\frac{0.0010mol}{2L}}{20min}$=2.5×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，
則v（H₂O）=2v（O₂）=5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，
該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$，平衡時(shí)c（H₂O）=3mol．L^-1，c（O₂）=1mol．L^-1，c（H₂）=2mol．L^-1，所以K=$\frac{{2}^{2}×1}{{3}^{2}}$=0.44＞0.4，由于該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，K值增大，所以T₁＞T₂，
故答案為：5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1；$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$；＞；
（2）A．催化劑能加快反應(yīng)速率，但不能改變反應(yīng)的熱效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；
B．根據(jù)圖中產(chǎn)生氫氣的速率可以看出，d方法制得的Cu₂O顆粒最小，表面活性大，所以催化效果明顯，故B正確；
C． c、d中理論上水和氫氣的關(guān)系是相同的，實(shí)際上c、d產(chǎn)生的氫氣總體積不同可能和水的蒸發(fā)有關(guān)，故C正確；
D． 催化劑能加快反應(yīng)速率，但不能改變反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，故D錯(cuò)誤，
故選BC．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及氧化亞銅的制備方案、電解、化學(xué)平衡以及反應(yīng)速率的影響等知識(shí)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，為高考常見(jiàn)題型，難度中等．