Question

19．納米氧化亞銅在水的光解等領域具有極大應用潛能，是極具開發(fā)前景的綠色環(huán)保光催化劑．目前主要的合成方法有電解法、高溫固相法等．
（1）有研究表明陽極氧化法成功制得了Cu₂O 納米陣列，裝置如圖：該電池的陽極反應方程式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O離子交換膜為陰（填陽或陰）離子交換膜，銅網(wǎng)應連接電源的正極．
（2）在高溫下用甲烷將粉狀CuO 還原也可制得Cu₂O．
已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）；△H=-169kJ•mol^-1
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-846.3kJ•mol^-1
③Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）；△H=-157kJ•mol^-1
則該反應的熱化學方程式是：8CuO（s）+CH₄（g）=4Cu₂O（s）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-266.3kJ/mol．
（3）在相同的密閉容器中，用等質量的三種納米Cu₂O（用不同方法制得）分別進行催化分解水的實驗：2H₂O（g）$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H＞0．水蒸氣濃度隨時間t變化如下表所示：

序號		0	10	20	30	40	50
①	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

①對比實驗的溫度：T₂＞T₁（填“＞”“＜”或“﹦”），原因是因為該反應的正反應方向為吸熱方向，升溫，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，③的平衡常數(shù)大于①，說明T₂大于T₁．
②實驗①前20min的平均反應速率 v（O₂）=3.5×10^-5mol/（L•min）
③比較不同方法制得的Cu₂O的催化效果應選用①和②組實驗，原因是除催化劑外，其他條件相同．

Answer 1

分析 （1）陽極氧化法制Cu₂O，銅失去電子，根據(jù)電荷守恒，溶液中有氫氧根離子參與反應，離子交換膜需允許氫氧根離子通過，銅網(wǎng)作陽極，與電源的正極相連；
（2）根據(jù)蓋斯定律知，目標反應相當于②-③×8+①×4；
（3）①該反應的正反應是吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，水蒸氣的轉化率增大；
②先計算水蒸氣反應速率，再根據(jù)同一反應中同一段時間內各物質的反應速率之比等于其計量數(shù)之比計算氧氣反應速率；
③研究催化劑對反應速率的影響，只能讓催化劑作為變量，其余的均相同．

解答 解：（1）陽極氧化法制Cu₂O，銅失去電子，根據(jù)電荷守恒，溶液中有氫氧根離子參與反應，電極反應式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，離子交換膜需允許氫氧根離子通過，過為陰離子交換膜；銅網(wǎng)作陽極，與電源的正極相連，
故答案為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；陰；正；
（2）目標反應為8CuO（s）+CH₄（g）=4Cu₂O（s）+CO₂（g）+2H₂O（g），根據(jù)蓋斯定律知，目標反應相當于②-③×8+①×4，故△H=（-846.3）+[-（157）×8]+（-169）×4=-266.3kJ/mol，
故答案為：8CuO（s）+CH₄（g）=4Cu₂O（s）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-266.3kJ/mol；
（3）①因為該反應的正反應方向為吸熱方向，升溫，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，③的平衡常數(shù)大于①，所以T₂＞T₁，
故答案為：＞；因為該反應的正反應方向為吸熱方向，升溫，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，③的平衡常數(shù)大于①，說明T₂大于T₁；
②前20min內水蒸氣反應速率=$\frac{0.050-0.0486}{20-0}$mol/（L．min）=7×10^-5mol/（L•min），同一反應中同一段時間內各物質的反應速率之比等于其計量數(shù)之比，則氧氣反應速率=3.5×10^-5mol/（L•min），
故答案為：3.5×10^-5mol/（L•min）；
③研究催化劑對反應速率的影響，只能讓催化劑作為變量，其余的均相同，從數(shù)據(jù)表格知①和②為研究催化劑對反應速率影響的實驗，
故答案為：①和②；除催化劑外，其他條件相同．

點評 本題考查物質制備，涉及化學反應速率和化學平衡有關計算、電解原理、蓋斯定律等知識點，側重考查學生分析計算能力，難點是電極反應式的書寫，題目難度中等．