Question

（15分）納米級Cu₂ O 粉末,由于量子尺寸效應,其具有特殊的光學、電學及光電化學性質,在太陽電池、傳感器、超導體、制氫和電致變色、環境中處理有機污染物等方面有著潛在的應用。

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最新實驗研究用肼（N₂H₄）還原新制Cu(OH)₂可制備納米級Cu₂O，同時放出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的熱化學方程式為                                              。

③工業中主要采用電解法：用銅和鈦作電極，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℃間反應即可制得。寫出該反應的化學方程式：                。

Ⅱ．納米氧化亞銅的應用

（2）用制得的Cu₂O進行催化分解水的實驗

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，發生反應：

2H₂O(g) 2H₂(g)＋O₂(g)  △H＝＋484 kJ·mol^－1

T₁溫度下不同時段產生O₂的量見下表：

時間/min	20	40	60	80
n(O2)/mol	1.0	1.6	2.0	2.0

前20 min的反應速率 v(H₂O)＝                        ；該該溫度下，反應的平衡常數的表達式K＝              ；若T₂溫度下K＝0.4，T₁          T₂（填>、<、=）

②右圖表示在t₁時刻達到平衡后，只改變一個條件又達到平衡的不同時段內，H₂的濃度隨時間變化的情況，則t₁時平衡的移動方向為       ，t₂時改變的條件可能為               ；若以K₁、K₂、K₃分別表示t₁時刻起改變條件的三個時間段內的平衡常數，t₃時刻沒有加入或減少體系中的任何物質，則K₁、K₂、K₃的關系為                 ；

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，產生氫氣的速率v隨時間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，水的平衡轉化率最高

C．催化效果與Cu₂O顆粒的粗細、表面活性等有

D．Cu₂O催化水分解時，需要適宜的溫度

 

Answer 1

【答案】

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）       增大壓強或增大濃度  （1分）    （2分）

③ACD（2分）

【解析】Ⅰ、（1）②考查蓋斯定律的應用。根據已知反應可知，②×4+③－①即得到4Cu(OH)₂(s)+ N₂H₄(l)2Cu₂O(s)+N₂(g)+6H₂O(l)，所以反應熱△H=（4b+c-a）kJ/mo。

③電解池中陽極失去電子，所以根據總反應式可知，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，其氧化產物是硫酸鈉。硫酸銅是氧化產物，根據電子得失守恒可知，還原產物是氧化亞銅和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，所以反應速率是。平衡常數是在可逆反應達到平衡時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以表達式為K＝。T1時平衡體系中氧氣時2mol，氫氣是4mol，水蒸氣是6mol，因此平衡常數＝。T₂溫度下K＝0.4＜4/9，則平衡逆反應方向移動，由于正反應是吸熱反應，所以溫度是T1大于T2。

②t1時氫氣的濃度減小，說明所以向逆反應方向移動。T2時氫氣的濃度增大，然后逐漸減小，說明改變的條件是增大壓強或增大濃度。t₃時刻沒有加入或減少體系中的任何物質，由于氫氣的濃度逐漸增大，說明改變的條件是升高溫度，所以關系為。

③根據圖像可知，曲線4的反應速率最快，但催化劑不能改變平衡狀態，即不能改變轉化率，B是錯誤的，其余都是正確的，答案選ACD。