Question

【題目】納米級Cu2O由于具有優良的催化性能而受到關注，下述為制取Cu2O的兩種方法:

方法a:用炭粉在高溫條件下還原CuO

方法b:電解法，反應為2Cu+H2O Cu2O+H2↑

（1）已知:①2Cu(s) + O2 (g)=Cu2O(s) △H1= akJ/mol

②C(s)+ O2 (g)=CO(g) △H2= bkJ/mol

③Cu(s)+ O2 (g)= CuO(s) △H3= ckJ/mol

則方法a中反應的熱化學方程式是:_________________。

（2）方法b是用肼燃料電池為電源，通過離子交換膜電解法控制電解液中OH-的濃度而制備納米Cu2O裝置如圖所示:

①如圖裝置中D電極應連______電極。(填“A”或“B”)

②該離子交換膜為______離子交換膜(填“陰”或“陽”)，該電解池的B極反應式為:____________________________________________。

③C極反應式為:____________________________。

（3）在相同體積的恒容密閉容器中，用以上方法制得的兩種Cu2O分別進行催化分解水的實驗:2H2O2H2(g)+O2(g)△H>0，水蒸氣的濃度隨時間t變化如表所示:

根據上述數據分析:

①催化劑的效率:實驗①_______實驗②(填“>”或“<”)；

②通過實驗①、③分析,T1______T2(填“>”或“<”)；

③實驗①、②、③的化學平衡常數K1、K2、K3的大小關系為:_________。

Answer 1

【答案】2CuO(s)+ C(s)= Cu2O(s)+ CO(g) ΔH = (a+b-2c) kJmol-1B陰2Cu - 2e- + 2OH- =Cu2O + H2ON2H4 - 4e- + 4OH- =N2 ↑+ 4 H2O＜＜K1=K2<K3

【解析】

（1）依據蓋斯定律將已知的熱化學方程式變形計算得到所需熱化學方程式；（2）①燃料電池正極通氧氣，負極通燃料，故C為負極，D為正極，銅電極被氧化，發生的電極方程式為2Cu+2OH－-2e－=Cu2O+H2O，故銅為陽極，與原電池的負極相連，即B與C，A與D相連；②根據總反應，則陽極反應為2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O，所以離子交換膜應采用陰離子交換膜；在電解池的陽極發生失電子的氧化反應；③據原電池中負極發生氧化反應來書寫電極反應方程式；（3）①催化劑效率越高，反應速率越快，到達平衡時間越短；②實驗3達到平衡所用時間短；③平衡常數只受溫度影響，溫度不變，平衡常數不變，若溫度升高，平衡向吸熱方向移動，即向正反應方向移動，平衡常數增大，據此進行分析。

(1)依據蓋斯定律②+①-2×③得到2CuO(s)+ C(s)= Cu2O(s)+ CO(g) ΔH = (a+b-2c) kJmol－1，(2)①燃料電池正極通氧氣，負極通燃料，故C為負極，D為正極，銅電極被氧化，發生的電極方程式為2Cu+2OH－-2e－=Cu2O+H2O，故銅為陽極，與原電池的正極相連，即B與D，A與C相連，①如圖裝置中D電極應連B電極。②根據總反應，則陽極反應為2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O，所以離子交換膜應采用陰離子交換膜；在電解池的陽極發生失電子的氧化反應，該電解池的B極反應式為:2Cu - 2e- + 2OH- =Cu2O + H2O。③原電池中負極發生氧化反應，③C極反應式為:N2H4 - 4e- + 4OH- =N2 ↑+ 4 H2O。(3)①實驗①②相比，實驗②到達平衡時間短，反應速率越快，催化劑效率高，故答案為：＜；②實驗3達到平衡所用時間短；通過實驗①、③分析,T1<T2；③實驗1、2溫度相同，平衡常數相同，即K1=K2，比較實驗2、3，實驗3中初始水蒸氣濃度是實驗2的一倍，但反應結束水蒸氣濃度小于實驗2的一倍，故平衡向正反應方向進行，則溫度升高，平衡向吸熱方向移動，該反應為吸熱反應，所以平衡向正反應方向移動，平衡常數增大，即K3＞K2，所以K1=K2＜K3。