Question

（13分）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，反應為2Cu + H2O  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                。

（2）已知：2Cu(s)＋1/2O₂(g)=Cu₂O(s)    △H = -akJ·mol^-1

           C(s)＋1/2O₂(g)=CO(g)       △H = -bkJ·mol^-1

           Cu(s)＋1/2O₂(g)=CuO(s)     △H = -ckJ·mol^-1

則方法Ⅰ發生的反應：2CuO(s)＋C(s)= Cu₂O(s)＋CO(g)；△H =       kJ·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,該電池的陽極反應式為             。

（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           。

（5）在相同的密閉容器中，用以上兩種方法制得的Cu₂O分別進行催化分解水的實驗：  △H >0

水蒸氣的濃度隨時間t變化如下表所示。

序號		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

下列敘述正確的是          （填字母代號）。

A．實驗的溫度:T₂<T₁

B．實驗①前20 min的平均反應速率 v(O₂)=7×10^-5 mol·L^-1 min^-1  

C．實驗②比實驗①所用的催化劑催化效率高

 

Answer 1

【答案】

（13分）（1）反應不易控制，易還原產生Cu  （2分）

（2）-(a+b-2c) （3分）                 （3）2Cu－2e^－＋2OH^－=Cu₂O＋H₂O（3分）

（4）4Cu(OH)₂ + N₂H₄2Cu₂O + N₂↑ + 6H₂O（3分）        （5）C（2分）

【解析】（1）由于在高溫下，碳有可能把氧化銅還原生成銅，即不易控制反應條件。

（2）考查蓋斯定律的應用，根據已知反應可知，①＋②－③×2即得到2CuO(s)＋C(s)= Cu₂O(s)＋CO(g)，所以反應熱△H＝-(a+b-2c)kJ/mol。

（3）電解池中陽極失去電子，根據銅的氧化產物氧化亞銅可知，陽極反應式為2Cu－2e^－＋2OH^－=Cu₂O＋H₂O。

（4）根據反應物和生成物并根據電子的得失守恒可知，方程式為4Cu(OH)₂ + N₂H₄2Cu₂O + N₂↑ + 6H₂O。

（5）由于溫度越高，反應速率越快，到達平衡的時間就越短。所以根據實驗②③可知，實驗③首次達到平衡狀態，實驗溫度是T2大于T1，A不正確。實驗①前20 min內水蒸氣濃度的變化量是（0.050－0.0486）mol/L＝0.0014mol/L，所以根據方程式可知，氧氣濃度的變化量是0.0014mol/L÷2＝0.0007mol/L，所以其反應速率是0.0007mol/L÷20min＝0.000035 mol·L^-1 min^-1，B不正確。實驗②到達平衡的時間比實驗①短，說明催化劑的催化能力強，所以C正確，答案選C。