Question

11．納米級Cu₂O由于具有優良的催化性能而受到關注，下表為制取Cu₂O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，其原因是反應條件不易控制，若控溫不當易生成Cu而使Cu₂O產率降低．
（2）方法Ⅰ制備過程會產生有毒氣體，每生成1g該有毒氣體，能量變化a kJ，寫出制備反應的熱化學方程式2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+28akJ•mol^-1．
（3）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，該電池的陽極生成Cu₂O反應式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
（4）方法Ⅲ為加熱條件下用液態肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時放出N₂．該制法的化學方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O．
（5）方法Ⅲ可以用甲醛稀溶液替代肼，但因反應溫度較高而使部分產品顆粒過大，過濾（填操作名稱）可分離出顆粒過大的Cu₂O．
（6）在相同的密閉容器中，用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu₂O分別進行催化分解水的實驗：2H₂O（g）$\frac{\underline{\;光照\;}}{Cu_{2}O}$2H₂（g）+O₂（g）△H＞0水蒸氣的濃度（mol•L^-1）隨時間t（min）變化如下表：

序號	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：實驗①的前20 min的平均反應速率 ν（O₂）=3.5×10^-5 mol•L^-1 min^-1；實驗溫度T₁＜T₂（填“＞”、“＜”）；催化劑的催化效率：實驗①＜實驗②（填“＞”、“＜”）．

Answer 1

分析 （1）炭粉在高溫條件下還原CuO易生成Cu；
（2）方法Ⅰ制備過程會產生有毒氣體為CO，生成1gCO，能量變化a kJ，則生成1molCO放出28a kJ的熱量，據此書寫熱化學方程式；
（3）在電解池的陽極發生失電子得還原反應；
（4）根據“液態肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時放出N₂”來書寫化學方程式；
（5）在溶液中分離較大顆粒用過濾的方法；
（6）根據反應速率v=$\frac{△c}{△t}$來計算v（H₂O），再據速率之比等于化學計量數之比求算v（O₂）；根據溫度對化學平衡移動的影響知識來回答；催化劑不會引起化學平衡狀態的改變，會使反應速率加快．

解答 解：（1）炭粉在高溫條件下還原CuO易生成Cu，反應不易控制，
故答案為：Cu；
（2）方法Ⅰ制備過程會產生有毒氣體為CO，生成1gCO，能量變化a kJ，則生成1molCO放出28a kJ的熱量，所以該反應的熱化學方程式為2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+28akJ•mol^-1 ，
故答案為：2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=+28akJ•mol^-1；
（3）在電解池中，當陽極是活潑電極時，該電機本身發生失電子得還原反應，在堿性環境下，金屬銅失去電子的電極反應為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（4）根據題目信息：液態肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時放出N₂，得出化學方程式為：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，
故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
（5）在溶液中，有較大的顆粒，用過濾法分離，
故答案為：過濾；
（6）實驗①前20min的平均反應速率 v（H₂O）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.05mol/L-0.0486mol/L}{20min}$=7×10^-5 mol•L^-1 min^-1，所以v（O₂）=$\frac{1}{2}$×7×10^-5 mol•L^-1 min^-1=3.5×10^-5 mol•L^-1 min^-1；實驗溫度越高達到化學平衡時水蒸氣轉化率越大，②和③相比，③轉化率高所以T₂＞T₁；催化劑不會引起化學平衡狀態的改變，會使反應速率加快，反應②比反應①達到平衡所用時間短，平衡狀態相同，反應速率快，所以①＜②，
故答案為：3.5×10^-5 mol•L^-1 min^-1；＜；＜．

點評 本題是一道有關熱化學、電化學以及化學反應速率和反應限度的綜合題，考查角度廣，難度大．