Question

3．科學研究發現納米級的Cu₂O可作為太陽光分解水的催化劑．
Ⅰ四種制取Cu₂O的方法
（a）用炭粉在高溫條件下還原CuO制備Cu₂O；
（b）用葡萄糖還原新制的Cu（OH）₂懸濁液制備Cu₂O；
（c）電解法制備Cu₂O．原理如右圖所示反應為：2Cu+H₂O=Cu₂O+H₂↑，則銅作為陽極；
（d）最新實驗研究加熱條件下用液態肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時放出N₂和水蒸氣．該制法的化學方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂+6H₂O．
Ⅱ用制得的Cu₂O進行催化分解水的實驗Cu₂O光照
（1）一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級Cu₂O并通入10.0mol水蒸氣，發生反應：
2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•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20min的反應速率 v（H₂O）=5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1；該該溫度下，反應的平衡常數的表達式K=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$；若T₂溫度下K=0.4，T₁＞T₂（填＞、＜、=）
（2）用以上四種方法制得的Cu₂O在某相同條件下分別對四份 相同質量的水催化分解，產生的氫氣經干燥裝置并用針筒收集；V（H₂）隨時間t變化如右圖所示．下列敘述正確的是BC（雙選題）．
A．d方法制得的Cu₂O能使水劇烈分解并放出熱量
B．d方法制得的Cu₂O顆粒最小，表面活性大，所以催化效果明顯．
C． c、d 產生的氫氣總體積不同可能和水的蒸發有關
D． d方法制得的Cu₂O作催化劑時，水的平衡轉化率最高．

Answer 1

分析 Ⅰ．（b）葡萄糖[CH₂OH（CHOH）₄CHO]與新制的Cu（OH）₂在加熱條件下發生氧化還原反應生成葡萄糖酸和氧化亞銅；
（c）陽極發生氧化反應，根據化合物的變化判斷；
（d）根據反應物和生成物結合質量守恒書寫化學方程式；
Ⅱ．（1）根據化學反應速率之比等于計算數之比計算反應速率，達平衡時，生成氧氣0.002mol，根據熱化學方程式計算；
（2）根據圖象曲線的變化趨勢判斷，曲線斜率越大，反應速率越大，溫度升高，斜率逐漸減小，以此解答．

解答 解：I．（b）葡萄糖[CH₂OH（CHOH）₄CHO]與新制的Cu（OH）₂在加熱條件下發生氧化還原反應生成葡萄糖酸和氧化亞銅，
故答案為：新制的Cu（OH）₂；
（c）陽極發生氧化反應，由方程式可知Cu被氧化生成Cu₂O，
故答案為：陽；
（d）用肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時放出N₂，反應的方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂+6H₂O，
故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+N₂+6H₂O；
Ⅱ．（1）由表中數據可知前20min時v（O₂）=$\frac{\frac{0.0010mol}{2L}}{20min}$=2.5×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，
則v（H₂O）=2v（O₂）=5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，
該反應的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$，平衡時c（H₂O）=3mol．L^-1，c（O₂）=1mol．L^-1，c（H₂）=2mol．L^-1，所以K=$\frac{{2}^{2}×1}{{3}^{2}}$=0.44＞0.4，由于該反應是吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，K值增大，所以T₁＞T₂，
故答案為：5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1；$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$；＞；
（2）A．催化劑能加快反應速率，但不能改變反應的熱效應，故A錯誤；
B．根據圖中產生氫氣的速率可以看出，d方法制得的Cu₂O顆粒最小，表面活性大，所以催化效果明顯，故B正確；
C． c、d中理論上水和氫氣的關系是相同的，實際上c、d產生的氫氣總體積不同可能和水的蒸發有關，故C正確；
D． 催化劑能加快反應速率，但不能改變反應的平衡轉化率，故D錯誤，
故選BC．

點評 本題考查較為綜合，涉及氧化亞銅的制備方案、電解、化學平衡以及反應速率的影響等知識，側重于學生的分析能力的考查，為高考常見題型，難度中等．