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的三种方法：

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的三种方法：

方法a	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法b	电解法，反应为2Cu + H2O  Cu2O + H2↑。
方法c	用肼（N2H4）还原新制Cu(OH)2

（1）已知：2Cu(s)＋O₂(g)=Cu₂O(s)   △H =-169kJ·mol^-1

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

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

则方法a发生反应的热化学方程式是_____________________________________。

（2）方法b采用离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示，该离子交换膜为______离子交换膜(填“阴”或“阳”),该电池的阳极反应式为______________________________________。

（3）方法c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，该制法的化学方程式为________________________________________。

（4）在容积为1L的恒容密闭容器中，用以上方法制得的三种纳米级Cu₂O分别进行催化分解水的实验：2H₂O(g) 2H₂(g)+O₂(g)，ΔH>0。水蒸气的浓度c随时间t 的变化如下表所示。

①对比实验的温度：T₂_________T₁（填“＞”、“＜”或“=”）

②催化剂催化效率：实验①________ 实验②（填“＞”或“＜”）

③在实验③达到平衡状态后，向该容器中通入水蒸气与氢气各0.1mol，则反应再次达到平衡时，容器中氧气的浓度为 ____________________。

Answer

C(s)+2CuO(s)==Cu2O(s)＋CO(g) ΔH=+34.5 kJ·mol-1 阴 2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O 4Cu(OH)2+N2H42Cu2O+N2↑+6H2O > < 0.025 mol/L

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

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

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

由①+②-③得C(s)+2CuO(s)==Cu2O(s)＋CO(g)，ΔH= -169 kJ·mol-1+（-110.5kJ·mol-1）-（-157kJ·mol-1）=+34.5 kJ·mol-1则方法a发生反应的热化学方程式是C(s)+2CuO(s)==Cu2O(s)＋CO(g) ΔH=+34.5 kJ·mol-1。

（2）方法b采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度而制备纳米Cu2O，则铜为阳极，阳极反应式为2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O，由于阳极需要OH-参与反应，所以该电池中离子交换膜为阴离子交换膜。

（3）方法c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，该制法的化学方程式为4Cu(OH)2+N2H42Cu2O+N2 ↑+6H2O。

（4）①水的分解是吸热反应，温度越高，水的转化率越高，压强越大，水的转化率越小。由表中数据可知，T2温度下水蒸气的转化率最大（50%），所以实验的温度T2>T1。

②由表中数据可知，实验①在第20min达到平衡，而实验②在第10min即达到平衡，所以，催化剂催化效率：实验①<实验②。

③在实验③达到平衡状态后，由表中数据可以求出氧气的平衡浓度为0.025 mol/L，该反应的平衡常数K=0.025。向该容器中通入水蒸气与氢气各0.1mol之后，Qc=0.025=K，说明已达平衡，则容器中氧气的浓度仍为0.025 mol/L。