(15分)納米級Cu
2 O 粉末,由于量子尺寸效應(yīng),其具有特殊的光學(xué)、電學(xué)及光電化學(xué)性質(zhì),在太陽電池、傳感器、超導(dǎo)體、制氫和電致變色、環(huán)境中處理有機(jī)污染物等方面有著潛在的應(yīng)用。
Ⅰ.納米氧化亞銅的制備
(1)四種制取Cu
2O的方法如下:
①火法還原。用炭粉在高溫條件下還原CuO;
②最新實驗研究用肼(N
2H
4)還原新制Cu(OH)
2可制備納米級Cu
2O,同時放出N
2。
已知:N
2H
4(l)+O
2(g)
N
2(g)+2H
2O(l) △H="-a" kJ/mol
Cu(OH)
2(s)
CuO(s)+H
2O(l) △H="b" kJ/mol
4CuO(s)
2Cu
2O(s)+O
2(g) △H="c" kJ/mol
則該方法制備Cu
2O的熱化學(xué)方程式為
。
③工業(yè)中主要采用電解法:用銅和鈦作電極,電解氯化鈉和氫氧化鈉的混合溶液,電解總方程式為:2Cu+H
2O
Cu
2O+H
2↑,則陽極反應(yīng)式為:
。
④還可采用Na
2SO
3還原CuSO
4法:將Na
2SO
3 和CuSO
4加入溶解槽中,制成一定濃度的溶液,通入蒸氣加熱,于100℃~104℃間反應(yīng)即可制得。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:
。
Ⅱ.納米氧化亞銅的應(yīng)用
(2)用制得的Cu
2O進(jìn)行催化分解水的實驗
①一定溫度下,在2 L密閉容器中加入納米級Cu
2O并通入10. 0 mol水蒸氣,發(fā)生反應(yīng):
2H
2O(g)
2H
2(g)+O
2(g) △
H=+484 kJ·mol
-1T
1溫度下不同時段產(chǎn)生O
2的量見下表:
時間/min
| 20
| 40
| 60
| 80
|
n(O2)/mol
| 1.0
| 1.6
| 2.0
| 2.0
|
前20 min的反應(yīng)速率
v(H
2O)=
;該該溫度下,反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式
K=
;若T
2溫度下
K=0.4,T
1 T
2(填>、<、=)
②右圖表示在t
1時刻達(dá)到平衡后,只改變一個條件又達(dá)到平衡的不同時段內(nèi),H
2的濃度隨時間變化的情況,則t
1時平衡的移動方向為
,t
2時改變的條件可能為
;若以K
1、K
2、K
3分別表示t
1時刻起改變條件的三個時間段內(nèi)的平衡常數(shù),t
3時刻沒有加入或減少體系中的任何物質(zhì),則K
1、K
2、K
3的關(guān)系為
;
③用以上四種方法制得的Cu
2O在其它條件相同下分別對水催化分解,產(chǎn)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.方法③、④制得的Cu
2O催化效率相對較高
B.方法④制得的Cu
2O作催化劑時,水的平衡轉(zhuǎn)化率最高
C.催化效果與Cu
2O顆粒的粗細(xì)、表面活性等有
D.Cu
2O催化水分解時,需要適宜的溫度