Question

1．科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)納米級的Cu₂O可作為太陽光分解水的催化劑．

I．四種制取Cu₂O的方法：
a．用炭粉在高溫條件下還原CuO制備Cu₂O；
b．用葡萄糖還原新制的Cu（OH）₂制備Cu₂O；
c．電解法制備Cu₂O，裝置如圖1；
d．濕化學(xué)法：加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂
可制備納米級Cu₂O，同時放出N₂．
（1）方法c通過陽極氧化制得Cu₂O，寫出陽極的電極反應(yīng)式2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O．
（2）方法d的化學(xué)方程式為N₂H₄+4Cu（OH）₂=2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，檢驗納米Cu₂O（粒子大小約幾十納米）已經(jīng)生成的實(shí)驗方法是丁達(dá)爾效應(yīng)．
（3）方法d得到的產(chǎn)品中常含有Cu₂O稱取某產(chǎn)品3.52g（僅含Cu₂O和Cu），加入足量的稀硝酸，充分反應(yīng)后得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的NO氣體448mL，則產(chǎn)品中Cu₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81.8%．
Ⅱ．用制得的Cu₂O進(jìn)行催化分解水的實(shí)驗
（4）一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級Cu₂O并通入0.10mol水蒸氣，發(fā)生反應(yīng)：
2H₂O（g）$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H₂（g）+O₂（g）△H═+484KJ•mol^-1
不同時段產(chǎn)生O₂的物質(zhì)的量見下表：

時間/min	20	40	60	80
N（O2）/mol	0.0010	0.0016	0.0020	0.0020

前20min的反應(yīng)平均速率v（H₂O）=5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，達(dá)平衡時，至少需要吸收的光能為0.968kJ．
（5）用以上四種方法制得的Cu₂O在某相同條件下分別對水催化分解，產(chǎn)生氫氣的體積V（H₂）隨時間t變化如圖2．
下列敘述正確的是ACD（填字母代號）．
A．c、d方法制得的Cu₂O催化效率相對較高
B．d方法制得的Cu₂O作催化劑時，水的平衡轉(zhuǎn)化率最高
C．催化效果與Cu₂O顆粒的粗細(xì)、表面活性等有關(guān)
D．Cu₂O催化水分解時，需要適宜的溫度．

Answer 1

分析 I．（1）電解時Cu在陽極失電子生成Cu₂O；
（2）加熱條件下，N₂H₄與新制Cu（OH）₂反應(yīng)生成Cu₂O、N₂和水；納米級Cu₂O在水中能發(fā)生丁達(dá)爾效應(yīng)；
（3）設(shè)含銅的物質(zhì)的量為xmol，氧化亞銅的物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)質(zhì)量關(guān)系和電子守恒列式計算出銅的物質(zhì)的量，再計算出銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
Ⅱ．（4）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于計算數(shù)之比計算反應(yīng)速率，達(dá)平衡時，生成氧氣0.002mol，根據(jù)熱化學(xué)方程式計算；
（5）根據(jù)圖象曲線的變化趨勢判斷，曲線斜率越大，反應(yīng)速率越大，溫度升高，斜率逐漸減小，以此解答．

解答 解：I．（1）電解時Cu在陽極失電子生成Cu₂O，電極方程式為2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O，故答案為：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O；
（2）加熱條件下，N₂H₄與新制Cu（OH）₂反應(yīng)生成Cu₂O、N₂和水，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：N₂H₄+4Cu（OH）₂=2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；納米Cu₂O在水溶液中形成膠體，可以根據(jù)溶液是否具有丁達(dá)爾效應(yīng)，檢驗是否生成納米Cu₂O；
故答案為：N₂H₄+4Cu（OH）₂=2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；丁達(dá)爾效應(yīng)；
（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下的NO氣體148mL，則NO的物質(zhì)的量為：$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol
設(shè)含銅的物質(zhì)的量為xmol，氧化亞銅的物質(zhì)的量為ymol，
64x+144y=3.52g，
2x+2y=0.02×3，
解得x=0.01mol，y=0.02mol，
w（Cu₂O）=$\frac{0.02mol×144g/mol}{3.52g}$×100%=81.8%；
故答案為：81.8%；
Ⅱ．（4）由表中數(shù)據(jù)可知前20min時v（O₂）=$\frac{\frac{0.0010mol}{2L}}{20min}$=2.5×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，
則v（H₂O）=2v（O₂）=5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1，達(dá)平衡時，生成氧氣0.002mol，至少需要吸收的光能為0.002mol×484kJ•mol^-1=0.968kJ，
故答案為：5.0×10^-5 mol．L^-1．min ^-1；0.968；
（5）A．c、d曲線斜率較大，說明反應(yīng)速率較大，則c、d方法制得的Cu₂O催化效率相對較高，故A正確；
B．催化劑只改變反應(yīng)速率，不影響平衡移動，故B錯誤；
C．用不同的方法制備的氧化亞銅的顆粒大小不同，由圖象可知催化效果不同，則催化效果與Cu₂O顆粒的粗細(xì)、表面活性等有關(guān)，故C正確；
D．溫度升高，斜率逐漸減小，說明Cu₂O催化水分解時，需要適宜的溫度，故D正確；
故答案為：ACD．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，涉及氧化亞銅的制備、反應(yīng)速率的計算、化學(xué)平衡移動、電解原理的應(yīng)用等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、對基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力和計算能力的考查，注意把握電極方程式的書寫，難度中等．