Question

14．納米級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，其原因是反應條件不易控制，若控溫不當易生成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：2CuO（s）+C（s）=Cu₂O（s）+CO（g）△H=-（a+b-2c）kJ•mol^-1．
（3）方法Ⅱ通過采用離子交換膜控制電解液中OH^-濃度的方法來制備納米級Cu₂O，電解裝置如圖所示．
①陰極上的還原產(chǎn)物是H₂．
②已知陽極生成Cu₂O，電極反應式為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
③Na₂SO₄溶液的主要作用是增強溶液的導電性．
（4）方法Ⅲ是在加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時放出N₂，該反應的化學方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2Cu₂O+6H₂O+N₂↑．
（5）肼又稱聯(lián)氨，請寫出肼的電子式，肼易溶于水，它是與氨類似的弱堿，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為c（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，負極的電極反應式是N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，電池工作一段時間后，電解質(zhì)溶液的pH將減小（填“增大”、“減小”、“不變”）．

Answer 1

分析 （1）碳能與CuO反應置換出Cu；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構(gòu)造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的系數(shù)作相應的加減；
（3）①陰極發(fā)生還原反應，氫離子得電子放出氫氣；
②陽極發(fā)生氧化反應，堿性條件下Cu在陽極失去電子得到Cu₂O與H₂O；
③Na₂SO₄溶液的主要作用是增強溶液的導電性；
（4）液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時放出N₂，根據(jù)得失電子守恒分析；
（5）肼又稱聯(lián)氨，電子式為；肼易溶于水，它是與氨類似的弱堿，則電離生成OH^-和陽離子；
（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，負極上燃料肼失電子和氫氧根離子反應生成水和氮氣，正極是氧氣得到電子生成氫氧根離子．

解答 解：（1）方法Ⅰ反應條件不易控制，若控溫不當碳與CuO發(fā)生置換反應生成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，氫離子得電子放出H₂，所以還原產(chǎn)物是H₂，故答案為：H₂；
②陽極發(fā)生氧化反應，堿性條件下Cu在陽極失去電子得到Cu₂O與H₂O，陽極電極反應式為：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溶液的導電性，故答案為：增強溶液的導電性；
（4）液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級Cu₂O，同時放出N₂，其反應的方程式為：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）肼又稱聯(lián)氨，電子式為；肼易溶于水，它是與氨類似的弱堿，則電離生成OH^-和陽離子，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，負極上燃料肼失電子和氫氧根離子反應生成水和氮氣，電極反應式為N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，正極發(fā)生還原反應，電極方程式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，反應過程中生成水，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↑；減小．

點評 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，注意電極反應式的書寫．