Question

纳米氧化亚铜在水的光解等领域具有极大应用潜能，是极具开发前景的绿色环保光催化剂。目前主要的合成方法有电解法、高温固相法等。

（1）有研究表明阳极氧化法成功制得了Cu₂O 纳米阵列，装置如图：

该电池的阳极反应方程式为             离子交换膜为_______(填阳或阴)离子交换膜，铜网应连接电源的_____极。

（2）在高温下用甲烷将粉状CuO 还原也可制得Cu₂O。

已知：①2Cu(s)＋1/2O₂(g)=Cu₂O(s)；△H = -169kJ/mol

②CH₄(g)＋2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)；△H = -846.3 kJ/mol

③ Cu(s)＋1/2O₂(g)=CuO(s)；△H = -157 kJ/mol

则该反应的热化学方程式是：__________。

（3）在相同的密闭容器中，用等质量的三种纳米Cu₂O(用不同方法制得)分别进行催化分解水的实验：2H₂O(g) 2H₂(g)+O₂(g) △H>0。水蒸气浓度随时间t变化如下表所示：

序号		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

①对比实验的温度：T₂       T₁(填“﹥”“﹤”或“﹦”)，原因是___________________。

②实验①前20 min的平均反应速率 v(O₂)=            

③比较不同方法制得的Cu₂O的催化效果应选用__________组实验，原因是___________。

Answer

（1）2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O；阴；正；

（2）8CuO(s)+ CH4(g)=4Cu2O(s)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-266.3kJ/mol；

（3）①﹥；因为该反应的正反应方向为吸热方向，升温，平衡正向移动，平衡常数增大。③的平衡常数大于①，说明T2大于T1；②3.5×10-5 mol/(L·min) ；③①和②；除催化剂外，其他条件相同

【解析】

试题分析：（1）根据题意，铜电极发生氧化反应生成Cu2O，则铜网电极是阳极，钛网电极为阴极，阳极反应方程式为2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O，阴极上溶液中的氢离子放电，阳极区生成的氢氧根离子通过离子交换膜向阴极移动中和电荷，故答案为：2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O；阴；正；

（2）已知：①2Cu(s)＋1/2O2(g)=Cu2O(s)；△H = -169kJ/mol

②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)；△H = -846.3 kJ/mol

③ Cu(s)＋1/2O2(g)=CuO(s)；△H = -157 kJ/mol

根据盖斯定律，将②-③×8+①×4，得：8CuO(s)+ CH4(g)=4Cu2O(s)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH=(-846.3 kJ/mol)-(-157 kJ/mol)×8+(-169kJ/mol)×4=-266.3kJ/mol，故答案为：8CuO(s)+ CH4(g)=4Cu2O(s)+ CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-266.3kJ/mol；

（3）①实验温度越高达到化学平衡时水蒸气转化率越大，②和③相比，③转化率高所以T2＞T1，故答案为：﹥；因为该反应的正反应方向为吸热方向，升温，平衡正向移动，平衡常数增大。③的平衡常数大于①，说明T2大于T1；

②实验①前20min的平均反应速率 v(H2O)===7×10-5 mol/(L·min)，所以v(O2)=×7×10-5 mol/(L·min)=3.5×10-5 mol/(L·min)，故答案为：3.5×10-5 mol/(L·min)；

③比较不同方法制得的Cu2O的催化效果应选用①和②，因为除催化剂外，其他条件相同，故答案为：①和②；除催化剂外，其他条件相同。

【考点定位】考查电解原理的应用、热化学方程式的书写、化学反应速率的影响因素

【名师点晴】本题是一道有关热化学、电化学以及化学反应速率和反应限度的综合题，考查角度广。应用盖斯定律进行简单计算时，关键在于设计反应过程，①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”；书写电极反应式时要注意电极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，电极反应式中不能出现H+，且水必须写入正极反应式中，与O2结合生成OH-，若电解质溶液为酸性，电极反应式中不能出现OH－，且H+必须写入正极反应式中，与O2结合生成水。