Question

15．Cu的化合物在生活及科研中有重要作用，不同反應(yīng)可制得不同狀態(tài)的Cu₂O．
（1）科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)納米級(jí)的Cu₂O可作為太陽光分解水的催化劑．
①在加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂．當(dāng)收集的N₂體積為3.36L（已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，可制備納米級(jí)Cu₂O的質(zhì)量為43.2g；
②一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級(jí)Cu₂O并通入0.20mol水蒸氣，發(fā)生反應(yīng)：2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•mol^-1；測(cè)得20min時(shí)O₂的物質(zhì)的量為0.0016mol，則前20min的反應(yīng)速率v（H₂O）=8×10^-5mol/（L•min）；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$；圖1表示在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡后，只改變一個(gè)條件又達(dá)到平衡的不同時(shí)段內(nèi)，H₂的濃度隨時(shí)間變化的情況，則t₁時(shí)平衡的移動(dòng)方向?yàn)槟嫦�，t₂時(shí)改變的條件可能為增大壓強(qiáng) 和增大H₂濃度；若以K₁、K₂、K₃分別表示t₁時(shí)刻起改變條件的三個(gè)時(shí)間段內(nèi)的平衡常數(shù)，t₃時(shí)刻沒有加入或減少體系中的任何物質(zhì)，則K₁、K₂、K₃的關(guān)系為K₁=K₂＜K₃；
（2）已知：2Cu₂O（s）+O₂（g）═4CuO（s）△H=-292kJ•mol^-12C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221484kJ•mol^-1請(qǐng)寫出用足量炭粉還原CuO（s）制備Cu₂O（s）的熱化學(xué)方程式：2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.5kJ•mol^-1；
（3）用電解法也可制備Cu₂O．原理如圖2所示，則陽極電極反應(yīng)可以表示為：2Cu++2OH^--2e^-=C₂u+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目守恒計(jì)算；
②根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（O₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂O）；
平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值；
由圖可知H₂的濃度隨時(shí)間降低，改變條件瞬間H₂濃度不變，所以不可能是改變H₂濃度，故改變的條件使平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)；
由圖可知t₂時(shí)，改變條件瞬間H₂濃度增大，體積減小增大壓強(qiáng)可以使H₂濃度增大，增大H₂濃度也可使H₂濃度增大；
t₁時(shí)刻與t₂時(shí)刻溫度相同，溫度不變，平衡常數(shù)不變．由圖可知t₃時(shí)刻沒有加入或減少體系中的任何物質(zhì)，H₂濃度增大，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，且正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以t₃時(shí)刻改變的體積為升高溫度；
（2）根據(jù)蓋斯定律解答；
（3）銅在陽極上，被氧化，與氫氧根反應(yīng)生成氧化亞銅與水．

解答 解：（1）①令生成的Cu₂O的物質(zhì)的量為nmol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目守恒，則有nmol×2×（1-0）=$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$×2×[0-（-2）]，解得n=0.3，所以可制備Cu₂O的質(zhì)量為0.3mol×144g/mol=43.2g，故答案為：43.2g；
②20min時(shí)O₂的物質(zhì)的量為0.0016mol，所以v（O₂）=$\frac{\frac{0.0016mol}{2L}}{20min}$=4×10^-5mol/（L•min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v（H₂O）=2v（O₂）=2×4×10^-5mol/（L•min）=8×10^-5mol/（L•min）；
平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值，所以反應(yīng)2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g）平衡常數(shù)的表達(dá)式k=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$；
由圖可知H₂的濃度隨時(shí)間降低，改變條件瞬間H₂濃度不變，所以不可能是改變H₂濃度，故改變的條件使平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，使H₂的濃度降低；
由圖可知t₂時(shí)，改變條件瞬間H₂濃度增大，體積減小增大壓強(qiáng)可以使H₂濃度增大，增大H₂濃度也可使H₂濃度增大，所以改變的條件為增大壓強(qiáng)或增大H₂濃度；
t₁時(shí)刻與t₂時(shí)刻溫度相同，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以K₁=K₂．t₃時(shí)刻沒有加入或減少體系中的任何物質(zhì)，由圖可知，H₂濃度增大，所以平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，且正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以t₃時(shí)刻改變的條件為升高溫度，所以K₂＜K₃．所以K₁=K₂＜K₃；
故答案為：8×10^-5mol/（L•min）；$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$；逆向；增大壓強(qiáng)或增大H₂濃度；K₁=K₂＜K₃；
（2）已知：①2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①得4CuO（s）+2C（s）=2CO（g）+2Cu₂O（s），△H=+71kJ•mol^-1
即2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.5kJ•mol^-1
故答案為：2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.5kJ•mol^-1；
（3）銅在陽極上，被氧化，與氫氧根反應(yīng)生成氧化亞銅與水，電極反應(yīng)式為2Cu++2OH^--2e^-=C₂u+H₂O．
故答案為：2Cu++2OH^--2e^-=C₂u+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題總合性較大，涉及電子轉(zhuǎn)移守恒、反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素、熱化學(xué)方程式、電化學(xué)等．化學(xué)平衡的知識(shí)主要通過濃度-時(shí)間圖來進(jìn)行，考查學(xué)生從圖象獲取信息的能力，難度較大．