Question

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而备受关往，下表为制取纳米级Cu₂O的三种方法：

方法I	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法Ⅱ	电解法，反应为2Cu +H2OCu2O+H2↑。
方法III	用肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2

(1)工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu₂O而很少用方法Ⅰ，其原因是反应条件不易控制，若控制不当易生成________________而使Cu₂O产率降低

(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

则方法Ⅰ发生的反应：2CuO(s)+C(s)= Cu₂O(s)+CO(g)；△H =_________kJ·mol^-1 

(3)方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如下图，阳极生成Cu₂O，其电极反应式为___________________。

(4)方法Ⅲ为加热条件下用液态肼(N₂H₄)还原新制Cu(OH)₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该反应的化学方程式为_________________________。

(5)肼又称联氨，易溶于水，是与氨类似的弱碱，用电离方程式表示肼的水溶液显碱性的原因___________________。

(6)向1L恒容密闭容器中充入0.1molN₂H₄，在30℃、Ni-Pt催化剂作用下发生反应N₂H₄(g) N₂(g)+2H₂(g)，测得混合物体系中， (用y表示)与时间的关系如图所示。0-4min时间内H₂的平均生成速率v(H₂)= ____ mol/（L·min）；该温度下，反应的平衡常数=___________________。

Answer

Cu –(a+b-2c)kJ/mol（写成+(a-b+2c)kJ/mol也可） 2Cu-2e-＋2OH-=Cu2O＋H2O 4Cu(OH)2 + N2H42Cu2O + N2↑ + 6H2O N2H4+H2ON2H5++OH- 0.025 0.01

【解析】（1）用炭粉在高温条件下还原CuO制备Cu2O，若温度控制不当，易将CuO还原为Cu单质；（2）已知：①2Cu（s）+1/2O2（g）＝Cu2O（s）△H=-akJ•mol-1，②C（s）+1/2O2（g）＝CO（g）△H=-bkJ•mol-1，③Cu（s）+1/2O2（g）＝CuO（s）△H=-ckJ•mol-1，根据盖斯定律：①+②-2×③可得2CuO（s）+C（s）＝Cu2O（s）+CO（g）△H=-（a+b-2c）kJ/mol；（3）在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电极本身发生失电子的反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu-2e-＋2OH-=Cu2O＋H2O；（4）根据题目信息：液态肼还原新制Cu（OH）2来制备纳米级Cu2O，同时放出N2，得出化学方程式为4Cu(OH)2 + N2H42Cu2O + N2↑ + 6H2O；（5）肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH-和阳离子，电离方程式为N2H4+H2ON2H5++OH-；（6）设平衡时n（N2）=a，n（H2）=2a，n（N2H4）=0.1 mol-a，则：3a=3.0×（0.1 mol-a），a=0.05 mol。υ（H2）=0.05mol×2/(1L×4min)=0.025mol/（L•min），K=c(N2)•c2(H2)/c(N2H4)=(0.05÷1)•(0.05×2÷1)2/(0.1−0.05)=0.01。