14.納米級(jí)Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而倍受關(guān)注,表為制取納米級(jí)Cu2O的三種方法:
方法Ⅰ用炭粉在高溫條件下還原CuO
方法Ⅱ電解法,反應(yīng)為2Cu+H2O  $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$    Cu2O+H2↑.
方法Ⅲ用肼(N2H4)還原新制Cu(OH)2
(1)工業(yè)上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu2O而很少用方法Ⅰ,其原因是反應(yīng)條件不易控制,若控溫不當(dāng)易生成Cu而使Cu2O產(chǎn)率降低.
(2)已知:2Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═Cu2O(s)△H=-akJ•mol-1
C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g)△H=-bkJ•mol-1
Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CuO(s)△H=-ckJ•mol-1
則方法Ⅰ發(fā)生的反應(yīng):2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g)△H=-(a+b-2c)kJ•mol-1
(3)方法Ⅱ通過(guò)采用離子交換膜控制電解液中OH-濃度的方法來(lái)制備納米級(jí)Cu2O,電解裝置如圖所示.
①陰極上的還原產(chǎn)物是H2
②已知陽(yáng)極生成Cu2O,電極反應(yīng)式為2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O.
③Na2SO4溶液的主要作用是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性.
(4)方法Ⅲ是在加熱條件下用液態(tài)肼(N2H4)還原新制Cu(OH)2來(lái)制備納米級(jí)Cu2O,同時(shí)放出N2,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Cu(OH)2+N2H4$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2Cu2O+6H2O+N2↑.
(5)肼又稱(chēng)聯(lián)氨,請(qǐng)寫(xiě)出肼的電子式,肼易溶于水,它是與氨類(lèi)似的弱堿,用電離方程式表示肼的水溶液顯堿性的原因N2H4+H2O?N2H5++OH-
(6)已知在相同條件下N2H4•H2O的電離程度大于N2H5C1的水解程度.常溫下,若將0.2mol/L N2H4•H2O溶液與0.1mol/L HCl溶液等體積混合,則溶液中N2H5+、Cl-、OH-、H+離子濃度由大到小的順序?yàn)閏(N2H5+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+).
(7)肼-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池,電解質(zhì)溶液是20%~30%的KOH溶液.肼-空氣燃料電池放電時(shí),負(fù)極的電極反應(yīng)式是N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑,電池工作一段時(shí)間后,電解質(zhì)溶液的pH將減。ㄌ睢霸龃蟆、“減小”、“不變”).

分析 (1)碳能與CuO反應(yīng)置換出Cu;
(2)根據(jù)蓋斯定律,由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式,反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)作相應(yīng)的加減;
(3)①陰極發(fā)生還原反應(yīng),氫離子得電子放出氫氣;
②陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),堿性條件下Cu在陽(yáng)極失去電子得到Cu2O與H2O;
③Na2SO4溶液的主要作用是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性;
(4)液態(tài)肼(N2H4)還原新制Cu(OH)2來(lái)制備納米級(jí)Cu2O,同時(shí)放出N2,根據(jù)得失電子守恒分析;
(5)肼又稱(chēng)聯(lián)氨,電子式為;肼易溶于水,它是與氨類(lèi)似的弱堿,則電離生成OH-和陽(yáng)離子;
(6)若將0.2mo1•L-1N2H4•H2O溶液與0.1mol•L-1HCl溶液等體積混合,得到物質(zhì)的濃度相等N2H5C1和N2H4•H2O,而在相同條件下N2H4•H2O的電離程度大于N2H5C1的水解程度,所以離子濃度大小為:c(N2H5+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+),由此解答;
(7)肼-空氣堿性燃料電池中,負(fù)極上燃料肼失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水和氮?dú),正極是氧氣得到電子生成氫氧根離子.

解答 解:(1)方法Ⅰ反應(yīng)條件不易控制,若控溫不當(dāng)碳與CuO發(fā)生置換反應(yīng)生成Cu,使Cu2O產(chǎn)率降低,
故答案為:Cu;
(2)已知:①2Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═Cu2O(s)△H=-akJ•mol-1
②C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g)△H=-bkJ•mol-1
③Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CuO(s)△H=-ckJ•mol-1
由蓋斯定律可知,①-③×2+②得2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g);△H=-(a+b-2c)kJ•mol-1;
故答案為:-(a+b-2c)kJ•mol-1;
(3)①陰極發(fā)生還原反應(yīng),氫離子得電子放出H2,所以還原產(chǎn)物是H2,故答案為:H2;
②陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),堿性條件下Cu在陽(yáng)極失去電子得到Cu2O與H2O,陽(yáng)極電極反應(yīng)式為:2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O,故答案為:2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O;
③Na2SO4溶液的主要作用是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性,故答案為:增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性;
(4)液態(tài)肼(N2H4)還原新制Cu(OH)2來(lái)制備納米級(jí)Cu2O,同時(shí)放出N2,其反應(yīng)的方程式為:4Cu(OH)2+N2H4$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2Cu2O+6H2O+N2↑;
故答案為:4Cu(OH)2+N2H4$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2Cu2O+6H2O+N2↑;
(5)肼又稱(chēng)聯(lián)氨,電子式為;肼易溶于水,它是與氨類(lèi)似的弱堿,則電離生成OH-和陽(yáng)離子,電離方程式為N2H4+H2O=N2H5++OH-,故答案為:;N2H4+H2O?N2H5++OH-;
(6)若將0.2mo1•L-1N2H4•H2O溶液與0.1mol•L-1HCl溶液等體積混合,得到物質(zhì)的濃度相等N2H5C1和N2H4•H2O,而在相同條件下N2H4•H2O的電離程度大于N2H5C1的水解程度,所以離子濃度大小為:c(N2H5+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+),故答案為:c(N2H5+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+);
(7)肼-氧氣堿性燃料電池中,負(fù)極上燃料肼失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水和氮?dú),電極反應(yīng)式為N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑,正極發(fā)生還原反應(yīng),電極方程式為O2+2H2O+4e-=4OH-,反應(yīng)過(guò)程中生成水,溶液濃度稀釋電解質(zhì)溶液的pH將減小;
故答案為:N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑;減。

點(diǎn)評(píng) 本題以物質(zhì)的制備為載體,考查元素化合物性質(zhì)、蓋斯定律、電解原理以及離子濃度的大小比較等,題目難度中等,注意電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě).

練習(xí)冊(cè)系列答案
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9.我國(guó)三峽工程所提供的清潔、廉價(jià)、強(qiáng)勁、可再生能源--水電,相當(dāng)于每年燃燒3000萬(wàn)噸原煤的火力發(fā)電廠(chǎng)產(chǎn)生的電能,三峽工程有助于控制( 。
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請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
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(2)裝置A中盛裝的干燥劑可以是②④(填序號(hào)).
①濃硫酸   ②無(wú)水CaCl2    ③堿石灰   ④五氧化二磷
(3)裝置E的作用是2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O(用化學(xué)方程式表示),裝置B中盛放濃硝酸的儀器名稱(chēng)是分液漏斗,裝置F的作用是防止倒吸.
(4)為防止空氣干擾實(shí)驗(yàn),排凈裝置中空氣的具體實(shí)驗(yàn)操作為打開(kāi)N,關(guān)閉M,滴加濃硝酸,當(dāng)干燥管中充滿(mǎn)紅棕色氣體時(shí),關(guān)閉N.
(5)已知裝置D中初始加入的鎂粉的質(zhì)量為13.2g,在足量的NO2中充分燃燒,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,硬質(zhì)玻璃管冷卻至室溫,稱(chēng)量,測(cè)得剩余固體的質(zhì)量為21.0g,產(chǎn)生的氣體體積為1120mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況),寫(xiě)出玻璃管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式11Mg+4NO2=Mg3N2+8MgO+N2
(6)在設(shè)計(jì)上若沒(méi)有干燥管是否可行?請(qǐng)解釋原因不行,因?yàn)楦稍锕艿淖饔檬窃诔錆M(mǎn)二氧化氮?dú)怏w過(guò)程中避免污染氣體排放到空氣中污染空氣.

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6.用石墨電極電解CuCl2溶液(裝置如圖所示),下列相關(guān)分析正確的是( 。
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3.含氮廢水需經(jīng)處理后排放,有的含氮廢水中含有NO3-,有的含氮廢水中含有NH4+,不同的含氮廢水處理方法不同.
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(2)有氧氣時(shí),在硝化細(xì)菌作用下,NH4+可發(fā)生如下轉(zhuǎn)化,請(qǐng)將離子方程式補(bǔ)充完整:
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(3)圖2是間接氧化工業(yè)廢水中氨氮(NH4+)的示意圖.
①陽(yáng)極區(qū)溶液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為:3Cl2+2NH4+=N2+8H++6Cl-;
②當(dāng)生成H2和N2的物質(zhì)的量之比為3:1時(shí),測(cè)得處理后廢水的pH減小,請(qǐng)簡(jiǎn)述原因:電路中通過(guò)相同電量時(shí),若生成n (H2):n (N2)=3:1,則陽(yáng)極產(chǎn)生的H+比陰極消耗的H+多.

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6.某化學(xué)小組擬設(shè)計(jì)微生物燃料電池將污水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化成環(huán)境友好的物質(zhì),工作原理如圖所示(a、b均為石墨電極).下列分析正確的是( 。
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