Question

（15分）納米級Cu₂ O 粉末,由于量子尺寸效應(yīng),其具有特殊的光學(xué)、電學(xué)及光電化學(xué)性質(zhì),在太陽電池、傳感器、超導(dǎo)體、制氫和電致變色、環(huán)境中處理有機(jī)污染物等方面有著潛在的應(yīng)用。
Ⅰ．納米氧化亞銅的制備
（1）四種制取Cu₂O的方法如下：
①火法還原。用炭粉在高溫條件下還原CuO；
②最新實(shí)驗(yàn)研究用肼（N₂H₄）還原新制Cu(OH)₂可制備納米級Cu₂O，同時(shí)放出N₂。
已知：N₂H₄(l)+O₂(g)N₂(g)+2H₂O(l)   △H="-a" kJ/mol
Cu(OH)₂(s)CuO(s)+H₂O(l)  △H="b" kJ/mol
4CuO(s)2Cu₂O(s)+O₂(g)      △H="c" kJ/mol
則該方法制備Cu₂O的熱化學(xué)方程式為                                             。
③工業(yè)中主要采用電解法：用銅和鈦?zhàn)麟姌O，電解氯化鈉和氫氧化鈉的混合溶液，電解總方程式為：2Cu+H₂OCu₂O+H₂↑，則陽極反應(yīng)式為：                               。
④還可采用Na₂SO₃還原CuSO₄法：將Na₂SO₃ 和CuSO₄加入溶解槽中，制成一定濃度的溶液，通入蒸氣加熱，于100℃~104℃間反應(yīng)即可制得。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：               。
Ⅱ．納米氧化亞銅的應(yīng)用
（2）用制得的Cu₂O進(jìn)行催化分解水的實(shí)驗(yàn)
①一定溫度下，在2 L密閉容器中加入納米級Cu₂O并通入10. 0 mol水蒸氣，發(fā)生反應(yīng)：
2H₂O(g)2H₂(g)＋O₂(g) △H＝＋484 kJ·mol^－1
T₁溫度下不同時(shí)段產(chǎn)生O₂的量見下表：

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

前20 min的反應(yīng)速率v(H₂O)＝                       ；該該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K＝             ；若T₂溫度下K＝0.4，T₁         T₂（填>、<、=）
②右圖表示在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡后，只改變一個(gè)條件又達(dá)到平衡的不同時(shí)段內(nèi)，H₂的濃度隨時(shí)間變化的情況，則t₁時(shí)平衡的移動(dòng)方向?yàn)?u>      ，t₂時(shí)改變的條件可能為              ；若以K₁、K₂、K₃分別表示t₁時(shí)刻起改變條件的三個(gè)時(shí)間段內(nèi)的平衡常數(shù)，t₃時(shí)刻沒有加入或減少體系中的任何物質(zhì)，則K₁、K₂、K₃的關(guān)系為                ；

③用以上四種方法制得的Cu₂O在其它條件相同下分別對水催化分解，產(chǎn)生氫氣的速率v隨時(shí)間t變化如圖所示。下列敘述正確的是          。

A．方法③、④制得的Cu₂O催化效率相對較高
B．方法④制得的Cu₂O作催化劑時(shí)，水的平衡轉(zhuǎn)化率最高
C．催化效果與Cu₂O顆粒的粗細(xì)、表面活性等有
D．Cu₂O催化水分解時(shí)，需要適宜的溫度

Answer 1

Ⅰ、（1）②4Cu(OH)₂(s)+ N₂H₄(l)2Cu₂O(s)+N₂(g)+6H₂O(l) △H=4b+c-a  kJ/mol  （2分）
③2Cu+2OH^-—2e^-=Cu₂O+H₂O（2分）
④2CuSO₄+3Na₂SO₃=Cu₂O+3Na₂SO₄+2SO₂↑（2分）
Ⅱ、（2）①5.0×10^－2 mol·L^－1·min^－1 （1分）      （1分）     >（1分）
②逆向（1分）      增大壓強(qiáng)或增大濃度 （1分）  （2分）
③ACD（2分）

Ⅰ、（1）②考查蓋斯定律的應(yīng)用。根據(jù)已知反應(yīng)可知，②×4+③－①即得到4Cu(OH)₂(s)+ N₂H₄(l)2Cu₂O(s)+N₂(g)+6H₂O(l)，所以反應(yīng)熱△H=（4b+c-a）kJ/mo。
③電解池中陽極失去電子，所以根據(jù)總反應(yīng)式可知，陽極是銅失去電子，被氧化生成氧化亞銅，方程式為2Cu+2OH^-—2e^-=Cu₂O+H₂O。
④亞硫酸鈉是還原劑，其氧化產(chǎn)物是硫酸鈉。硫酸銅是氧化產(chǎn)物，根據(jù)電子得失守恒可知，還原產(chǎn)物是氧化亞銅和SO₂，所以方程式為2CuSO₄+3Na₂SO₃=Cu₂O+3Na₂SO₄+2SO₂↑。
Ⅱ、（2）①前20 min生成氧氣是1.0mol，所以消耗水蒸氣是2.0mol，所以反應(yīng)速率是。平衡常數(shù)是在可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以表達(dá)式為K＝。T1時(shí)平衡體系中氧氣時(shí)2mol，氫氣是4mol，水蒸氣是6mol，因此平衡常數(shù)＝。T₂溫度下K＝0.4＜4/9，則平衡逆反應(yīng)方向移動(dòng)，由于正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以溫度是T1大于T2。
②t1時(shí)氫氣的濃度減小，說明所以向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。T2時(shí)氫氣的濃度增大，然后逐漸減小，說明改變的條件是增大壓強(qiáng)或增大濃度。t₃時(shí)刻沒有加入或減少體系中的任何物質(zhì)，由于氫氣的濃度逐漸增大，說明改變的條件是升高溫度，所以關(guān)系為。
③根據(jù)圖像可知，曲線4的反應(yīng)速率最快，但催化劑不能改變平衡狀態(tài)，即不能改變轉(zhuǎn)化率，B是錯(cuò)誤的，其余都是正確的，答案選ACD。