(15分)纳米级Cu
2 O 粉末,由于量子尺寸效应,其具有特殊的光学、电学及光电化学性质,在太阳电池、传感器、超导体、制氢和电致变色、环境中处理有机污染物等方面有着潜在的应用。
Ⅰ.纳米氧化亚铜的制备
(1)四种制取Cu
2O的方法如下:
①火法还原。用炭粉在高温条件下还原CuO;
②最新实验研究用肼(N
2H
4)还原新制Cu(OH)
2可制备纳米级Cu
2O,同时放出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
则该方法制备Cu
2O的热化学方程式为
。
③工业中主要采用电解法:用铜和钛作电极,电解氯化钠和氢氧化钠的混合溶液,电解总方程式为:2Cu+H
2O
Cu
2O+H
2↑,则阳极反应式为:
。
④还可采用Na
2SO
3还原CuSO
4法:将Na
2SO
3 和CuSO
4加入溶解槽中,制成一定浓度的溶液,通入蒸气加热,于100℃~104℃间反应即可制得。写出该反应的化学方程式:
。
Ⅱ.纳米氧化亚铜的应用
(2)用制得的Cu
2O进行催化分解水的实验
①一定温度下,在2 L密闭容器中加入纳米级Cu
2O并通入10. 0 mol水蒸气,发生反应:
2H
2O(g)
2H
2(g)+O
2(g) △
H=+484 kJ·mol
-1T
1温度下不同时段产生O
2的量见下表:
时间/min
| 20
| 40
| 60
| 80
|
n(O2)/mol
| 1.0
| 1.6
| 2.0
| 2.0
|
前20 min的反应速率
v(H
2O)=
;该该温度下,反应的平衡常数的表达式
K=
;若T
2温度下
K=0.4,T
1 T
2(填>、<、=)
②右图表示在t
1时刻达到平衡后,只改变一个条件又达到平衡的不同时段内,H
2的浓度随时间变化的情况,则t
1时平衡的移动方向为
,t
2时改变的条件可能为
;若以K
1、K
2、K
3分别表示t
1时刻起改变条件的三个时间段内的平衡常数,t
3时刻没有加入或减少体系中的任何物质,则K
1、K
2、K
3的关系为
;
③用以上四种方法制得的Cu
2O在其它条件相同下分别对水催化分解,产生氢气的速率
v随时间t变化如图所示。下列叙述正确的是
。
A.方法③、④制得的Cu
2O催化效率相对较高
B.方法④制得的Cu
2O作催化剂时,水的平衡转化率最高
C.催化效果与Cu
2O颗粒的粗细、表面活性等有
D.Cu
2O催化水分解时,需要适宜的温度