Question

（15分）纳米级Cu₂ O 粉末,由于量子尺寸效应,其具有特殊的光学、电学及光电化学性质,在太阳电池、传感器、超导体、制氢和电致变色、环境中处理有机污染物等方面有着潜在的应用。

Ⅰ．纳米氧化亚铜的制备

（1）四种制取Cu₂O的方法如下：

①火法还原。用炭粉在高温条件下还原CuO；

②最新实验研究用肼（N₂H₄）还原新制Cu(OH)₂可制备纳米级Cu₂O，同时放出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

则该方法制备Cu₂O的热化学方程式为                                              。

③工业中主要采用电解法：用铜和钛作电极，电解氯化钠和氢氧化钠的混合溶液，电解总方程式为：2Cu+H₂OCu₂O+H₂↑，则阳极反应式为：                                。

④还可采用Na₂SO₃还原CuSO₄法：将Na₂SO₃ 和CuSO₄加入溶解槽中，制成一定浓度的溶液，通入蒸气加热，于100℃~104℃间反应即可制得。写出该反应的化学方程式：                。

Ⅱ．纳米氧化亚铜的应用

（2）用制得的Cu₂O进行催化分解水的实验

①一定温度下，在2 L密闭容器中加入纳米级Cu₂O并通入10. 0 mol水蒸气，发生反应：

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

T₁温度下不同时段产生O₂的量见下表：

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

前20 min的反应速率 v(H₂O)＝                        ；该该温度下，反应的平衡常数的表达式K＝              ；若T₂温度下K＝0.4，T₁          T₂（填>、<、=）

②右图表示在t₁时刻达到平衡后，只改变一个条件又达到平衡的不同时段内，H₂的浓度随时间变化的情况，则t₁时平衡的移动方向为       ，t₂时改变的条件可能为               ；若以K₁、K₂、K₃分别表示t₁时刻起改变条件的三个时间段内的平衡常数，t₃时刻没有加入或减少体系中的任何物质，则K₁、K₂、K₃的关系为                 ；

③用以上四种方法制得的Cu₂O在其它条件相同下分别对水催化分解，产生氢气的速率v随时间t变化如图所示。下列叙述正确的是           。

A．方法③、④制得的Cu₂O催化效率相对较高

B．方法④制得的Cu₂O作催化剂时，水的平衡转化率最高

C．催化效果与Cu₂O颗粒的粗细、表面活性等有

D．Cu₂O催化水分解时，需要适宜的温度

 

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）       增大压强或增大浓度  （1分）    （2分）

③ACD（2分）

【解析】Ⅰ、（1）②考查盖斯定律的应用。根据已知反应可知，②×4+③－①即得到4Cu(OH)₂(s)+ N₂H₄(l)2Cu₂O(s)+N₂(g)+6H₂O(l)，所以反应热△H=（4b+c-a）kJ/mo。

③电解池中阳极失去电子，所以根据总反应式可知，阳极是铜失去电子，被氧化生成氧化亚铜，方程式为2Cu+2OH^-—2e^-=Cu₂O+H₂O。

④亚硫酸钠是还原剂，其氧化产物是硫酸钠。硫酸铜是氧化产物，根据电子得失守恒可知，还原产物是氧化亚铜和SO₂，所以方程式为2CuSO₄+3Na₂SO₃=Cu₂O+3Na₂SO₄+2SO₂↑。

Ⅱ、（2）①前20 min生成氧气是1.0mol，所以消耗水蒸气是2.0mol，所以反应速率是。平衡常数是在可逆反应达到平衡时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以表达式为K＝。T1时平衡体系中氧气时2mol，氢气是4mol，水蒸气是6mol，因此平衡常数＝。T₂温度下K＝0.4＜4/9，则平衡逆反应方向移动，由于正反应是吸热反应，所以温度是T1大于T2。

②t1时氢气的浓度减小，说明所以向逆反应方向移动。T2时氢气的浓度增大，然后逐渐减小，说明改变的条件是增大压强或增大浓度。t₃时刻没有加入或减少体系中的任何物质，由于氢气的浓度逐渐增大，说明改变的条件是升高温度，所以关系为。

③根据图像可知，曲线4的反应速率最快，但催化剂不能改变平衡状态，即不能改变转化率，B是错误的，其余都是正确的，答案选ACD。