Question

【題目】納米級Cu2O是優(yōu)良的催化劑和半導(dǎo)體材料，工業(yè)上常用下列方法制備Cu2O。

（1）熱還原法

加熱條件下，用液態(tài)肼（N2H4）還原新制的Cu(OH）2制備Cu2O，同時放出N2。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________。

（2）電解法 以氫氧燃料電池為電源，用電解法制備Cu2O的裝置如圖。

①A的化學(xué)式為________________。

②燃料電池中，OH-的移動方向為________________（填“由左向右”或“由右向左”）；電解池中，陽極的電極反應(yīng)式為________________。

③電解一段時間后，欲使陰極室溶液恢復(fù)原來組成，應(yīng)向其中補(bǔ)充一定量________________(填化學(xué)式）。

④制備過程中，可循環(huán)利用的物質(zhì)為________________（填化學(xué)式）。

（3）干法還原法

利用反應(yīng)Cu +CuOCu2O制備Cu2O。將反應(yīng)后的均勻固體混合物（含有三種成分）等分為兩份，一份與足量H2充分反應(yīng)后，固體質(zhì)量減少6.4g；另一份恰好溶于500mL稀硝酸，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48LNO，該稀硝酸的物質(zhì)的量濃度為________。

Answer 1

【答案】4Cu (OH）2+N2H4N2+2Cu2O+6H2O O2 由左向右 2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O H2O H2 3.2mol/L

【解析】

（1）在加熱條件下，用液態(tài)肼（N2H4）還原新制的Cu(OH）2制備Cu2O，同時放出N2。根據(jù)原子守恒、電子守恒可得該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Cu(OH）2+N2H4N2+2Cu2O+6H2O；（2）①用氫氧燃料電池為電源，用電解法制備Cu2O，則Cu電極與電源的正極連接，在燃料電池通氧氣的極為正極，通入氫氣的電極為負(fù)極，所以可知?dú)怏wA為氧氣，A的化學(xué)式為O2 ；

②根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，在原電池內(nèi)陰離子向負(fù)極移動，故燃料電池內(nèi)OH-的移動方向為從左向右移動；在電解池中陽極是銅被氧化產(chǎn)生Cu+，然后與溶液中的OH-結(jié)合形成Cu2O，電極反應(yīng)式為2Cu+ 2OH-- 2e-=Cu2O+H2O；

③電解池內(nèi)發(fā)生的總反應(yīng)式為2Cu+H2OCu2O+H2↑，可知從溶液中減少了水的組成，故需要補(bǔ)充的物質(zhì)是水，化學(xué)式是H2O；

④電解池陰極得到的氫氣可補(bǔ)充燃料電池中，作為燃料消耗的氫氣，可見可循環(huán)的物質(zhì)為H2； （3） 將Cu2O拆分為Cu、CuO，原混合物看做Cu、CuO的混合物,將一份混合物用足量的氫氣還原，得到Cu和水，反應(yīng)后固體質(zhì)量減少6.40g為混合物中O元素的質(zhì)量，O原子的物質(zhì)的量為n(O)=6.4g÷16g/mol=0.4mol，根據(jù)Cu元素守恒可知n(CuO）= n(O)=0.4mol；另一份中加入500mL稀硝酸，固體恰好完全溶解，溶液中溶質(zhì)為Cu(NO3)2，且同時收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下NO氣體4.48L，NO的物質(zhì)的量為n(NO）=4.48L÷22.4L/mol=0.2mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知在拆分后Cu、CuO的混合物中,2n(Cu）=3n(NO）=3×0.2mol，n (Cu）=0.3mol，由銅元素守恒可知n[Cu(NO3)2]=n（CuO）+n（Cu）=0.4mol+0.3mol=0.7mol，根據(jù)氮元素守恒可知n(HNO3)= n(NO)+2 n[Cu(NO3)2] =0.2mol+2×0.7mol=1.6mol，硝酸的濃度為1.6mol÷0.5L=3.2 mol/L。