Question

纳米级 Cu₂O 由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取 Cu₂O 的四种方法：

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

②C（s）＋ O₂(g)=CO(g)；△H = -110.5kJ·mol^-1

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

则方法 a 发生的热化学方程式是：__________________________。

（2）方法 c 采用离子交换膜电解法控制电解液中 OH－的浓度而制备纳米 Cu2O，装置如图所示：

上述装置中 A 电极应连_____电极（填“C”或“D”）

②该离子交换膜为_____离子交换膜（填“阴”或“阳”），该电解池的阳极反应式为: _____，钛极附近的 pH 值_____（填“增大”“减小”或“不变”）。

③原电池中 OH-移动方向是向_____（填“左”或“右”）移动，原电池中负极反应式为：_____

（3）在相同的密闭容器中，用以上方法制得的三种 Cu₂O 分别进行催化分解水的实验：

2H₂O(g) 2H₂(g)+O₂(g)    △H>0。水蒸气的浓度随时间 t 变化如下表所示：

①对比实验的温度：T₂_____T₁（填“﹥”“﹤”或“﹦”）；实验①、②、③的化学平衡常数 K₁、K₂、K₃ 的大小关系为：_____

②实验①前 20 min 的平均反应速率 v(O₂)=_____

③催化剂的催化效率：实验①_____实验②（填“﹥”或“﹤”）。

Answer

2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+34. 5kJ/mol C 阴 2Cu-2e-+2OH-= Cu2O+H2O 增大 左 N2H4-4e—+4OH-=N2↑+4H2O ＞ K1=K2＜K3 3.5×10-5 mol/(L·min) ＜

【解析】（1）结合已知，由方法a制取Cu2O，根据盖斯定律，②-③×2+①得：2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g) ΔH =+34.5kJ∙mol-1。

（2）①电解池阳极应与电源的正极相连，如图，用N2H4-O2燃料电池做电源，故A电极连接C电极；②方法c采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度，则应该使用阴离子交换膜；在电解池中，当阳极是活泼电极Cu时，Cu失电子发生还原反应，在碱性条件下，阳极电极反应为：2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O；钛极是阴极，氢离子得电子，发生还原反应，所以消耗氢离子，因此PH值增大；③根据原电池工作原理，阴离子运动方向与电子方向构成闭合回路，所以OH-向左移动。

（3）①该反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，所以水蒸气的转化率高，故根据表中数据可知，T2＞T1，化学平衡常数只与温度有关，对于吸热反应，升高温度K增大，故K1=K2＜K3。②实验①前20 min的平均反应速率ν(O2)= ν(H2O)= ×（0.050-0.0486）mol·L-1÷20min=3.5×10-5 mol·L-1min-1。③由表中数据可得：实验②比实验①达到平衡所用的时间少，说明反应速率快，使用催化剂的催化效率高。

点睛：本题是一道热化学、电化学和化学平衡相结合的综合题，学生熟练掌握各部分基础知识是解题的关键，有一定难度。试题综合性较强，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，重点考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力。关于“膜”的问题是近年来高考的热点，要抓住电解池对酸碱性的调控根据电化学原理入手分析。