Question

11．納米級(jí)Cu₂O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注，下表為制取CuO₂的三種方法：

方法Ⅰ	用炭粉在高溫條件下還原CuO
方法Ⅱ	電解法：2Cu+H2O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu2O+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Cu而使Cu₂O產(chǎn)率降低．
（2）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，裝置如圖所示，該電池的陽(yáng)極生成Cu₂O反應(yīng)式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O
（3）在相同的密閉容器中，用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu₂O分別進(jìn)行催化分解水的實(shí)驗(yàn)：2H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;\;光\;\;\;}}{Cu_{2}O}$2H₂（g）+O₂（g）△H＞0
水蒸氣的濃度（mol•L^-1）隨時(shí)間t （min）變化如下表：

序號(hào)	溫度	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

可以判斷：實(shí)驗(yàn)①的前20 min的平均反應(yīng)速率 ν（O₂）=3.5×10^-5mol/（L．min）；；實(shí)驗(yàn)溫度T₁＜T₂（填“＞”“＜”）；催化劑的催化效率：實(shí)驗(yàn)①＜實(shí)驗(yàn)②（填“＞”、“＜”）．

Answer 1

分析 （1）碳能與CuO反應(yīng)置換出Cu；
（2）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下Cu在陽(yáng)極失去電子得到Cu₂O與H₂O；
（3）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂O），再利用速率之比等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（O₂）；
若實(shí)驗(yàn)溫度T₁=T₂，實(shí)驗(yàn)③等效為在實(shí)驗(yàn)①的基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)水的轉(zhuǎn)化率減小，則平衡時(shí)③中水的濃度大于①中的2倍，而實(shí)際③中水的濃度小于①中的2倍，說(shuō)明③中改變溫度平衡正向移動(dòng)；
催化劑效率越高，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短．

解答 解：（1）方法Ⅰ反應(yīng)條件不易控制，若控溫不當(dāng)碳與CuO發(fā)生置換反應(yīng)生成Cu，使Cu₂O產(chǎn)率降低，
故答案為：Cu；
（2）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下Cu在陽(yáng)極失去電子得到Cu₂O與H₂O，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（3）v（H₂O）=$\frac{（0.050-0.0486）mol/L}{20min}$=7×10^-5mol/（L．min），速率之比等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（H₂O）=3.5×10^-5mol/（L．min）；
若實(shí)驗(yàn)溫度T₁=T₂，實(shí)驗(yàn)③等效為在實(shí)驗(yàn)①的基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)水的轉(zhuǎn)化率減小，則平衡時(shí)③中水的濃度大于①中的2倍，而實(shí)際③中水的濃度小于①中的2倍，說(shuō)明③中改變溫度平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，故溫度T₁＜T₂；
實(shí)驗(yàn)①②相比，實(shí)驗(yàn)②到達(dá)平衡時(shí)間短，反應(yīng)速率越快，催化劑效率高，
故答案為：3.5×10^-5mol/（L．min）；＜；＜．

點(diǎn)評(píng) 本題以物質(zhì)的制備為載體，考查元素化合物性質(zhì)、電解原理、反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡與化學(xué)反應(yīng)速率影響因素等，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理能力，難度中等．