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Ⅰ | 用炭粉在高温条件下还原CuO |
方法Ⅱ | 电解法,反应为2Cu + H2O Cu2O + 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,若控温不当易生成 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,装置如图所示,该电池的阳极生成Cu2O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,该制法的化学方程式为 。
(5)在相同的密闭容器中,用以上两种方法制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验:
水蒸气的浓度(mol/L)随时间t(min)变化如下表所示。
序号 | 温度 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
① | T1 | 0.050 | 0.0492 | 0.0486 | 0.0482 | 0.0480 | 0.0480 |
② | T1 | 0.050 | 0.0488 | 0.0484 | 0.0480 | 0.0480 | 0.0480 |
③ | T2 | 0.10 | 0.094 | 0.090 | 0.090 | 0.090 | 0.090 |
A.实验的温度T2小于T1
B.实验①前20 min的平均反应速率v(O2)=7×10-5 mol·L-1 min-1
C.实验②比实验①所用的催化剂催化效率高
(1)铜(或Cu)
(2)-(a+b-2c)kJ/mol(或2c–a-b)
(3)2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O
(4)4Cu(OH)2 + N2H42Cu2O + N2↑ + 6H2O
(5)C
(1)用炭粉在高温条件下还原CuO,若控温不当易生成铜而使Cu2O产率降低;
(2)根据盖斯定律,设三个方程式依次分别为A、B、C,则所求热化学程式为
A+B-2C,即2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g)△H=-(a+b-2c)kJ/mol。
(3)阳极电极反应式是,2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O;
(4)N2H4与Cu(OH)2反应,产物除Cu2O、N2外还有水生成,其方程式为4Cu(OH)2+ N2H42Cu2O + N2↑ + 6H2O
(5)实验②③相比,实验③水蒸气的起始物质的量浓度实验②的2倍,达平衡物质的量浓度却小于2倍,说明T1到T2平衡向正方向移动,而正反应为吸热,所以TI到T2是升高温度,T2大于T1,A错;根据反应速率的定义,实验①前20min的平均反应速率V(H2O)=7×10-5mol/L,所以v(O2)=3.5×10-5mol·L-1 min-1,B错;实验②和①相比,达到平衡状态相同,但所用时间短,反应速率快,所以实验②比实验①所用的催化剂效率高,正确。