Question

科學研究發(fā)現納米級的Cu₂O可作為太陽光分解水的催化劑．
Ⅰ．四種制取Cu₂O的方法
（1）火法還原．用炭粉在高溫條件下還原CuO；
（2）用葡萄糖[CH₂OH（CHOH）₄CHO]還原新制的Cu（OH）₂．寫出化學方程式

 

；
（3）電解法．反應為2Cu+H₂O

通電  .

Cu₂O+H₂↑．則陽極產物是

 

；
（4）最新實驗研究用肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時放出N₂．該制法的化學方程式為

 

．
Ⅱ．用制得的Cu₂O進行催化分解水的實驗
（1）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：
2H₂O（g）

光照

Cu2O

2H₂（g）+O₂（g）；△H=+484kJ?mol^-1，不同時段產生O₂的量見下表：

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

計算：
前20min的反應速率 v（H₂O）=

 

；該反應的平衡常數表達式K=

 

；達平衡時，至少需要吸收的光能為

 

kJ．
（2）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，產生氫氣的速率v隨時間t變化如圖所示．下列敘述正確的是

 

．
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，水的平衡轉化率最高
C．催化效果與Cu₂O顆粒的粗細、表面活性等有關
D．Cu₂O催化水分解時，需要適宜的溫度．

Answer 1

考點：電解原理,化學平衡常數的含義,化學平衡的調控作用

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ．（2）葡萄糖[CH₂OH（CHOH）₄CHO]與新制的Cu（OH）₂在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應生成葡萄糖酸和氧化亞銅；
（3）陽極發(fā)生氧化反應，根據化合物的變化判斷；
（4）根據反應物和生成物結合質量守恒書寫化學方程式；
Ⅱ．（1）根據化學反應速率之比等于計算數之比計算反應速率，達平衡時，生成氧氣0.002mol，根據熱化學方程式計算；
（2）根據圖象曲線的變化趨勢判斷，曲線斜率越大，反應速率越大，溫度升高，斜率逐漸減小，以此解答．

解答： 解：I．（2）葡萄糖[CH₂OH（CHOH）₄CHO]與新制的Cu（OH）₂在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應生成葡萄糖酸和氧化亞銅，反應的方程式為CH₂OH（CHOH）₄CHO+2Cu（OH）₂

△

CH₂OH（CHOH）₄COOH+Cu₂O↓+2H₂O，
故答案為：CH₂OH（CHOH）₄CHO+2Cu（OH）₂

△

CH₂OH（CHOH）₄COOH+Cu₂O↓+2H₂O；
（3）陽極發(fā)生氧化反應，由方程式可知Cu被氧化生成Cu₂O，則陽極產物為Cu₂O，故答案為：Cu₂O；
（4）用肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時放出N₂，反應的方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂+6H₂O，
故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂+6H₂O；
Ⅱ．（1）由表中數據可知前20min時v（O₂）=

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，
該反應的平衡常數表達式K=

c2(H2)?c(O2)

c2(H2O)

，
達平衡時，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；

c2(H2)?c(O2)

c2(H2O)

；0.968；
（2）A．c、d曲線斜率較大，說明反應速率較大，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、表面活性等有關，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．

點評：本題考查較為綜合，涉及氧化亞銅的制備方案、電解、化學平衡以及反應速率的影響等知識，側重于學生的分析能力的考查，為高考常見題型，難度中等．