纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取Cu2O的三种方法:
方法Ⅰ
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用炭粉在高温条件下还原CuO
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方法Ⅱ
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电解法:2Cu+H2O Cu2O+H2↑
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方法Ⅲ
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用肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2
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(1)工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu2O而很少用方法Ⅰ,其原因是反应条件不易控制,若控温不当易生成 而使Cu2O产率降低。
(2)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=akJ·mol—1;
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=bkJ·mol—1;
2Cu2O(s)+O2(g)=4CuO(s) △H=ckJ·mol—1.
方法Ⅰ制备过程会产生有毒气体,写出制备反应的热化学方程式 。
(3)方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度而制备纳米Cu2O,装置如图所示,该电池的阳极生成Cu2O反应式为 。
(4)方法Ⅲ为加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O,同时放出N2。该制法的化学方程式为 。
(5)方法Ⅲ可以用甲醛稀溶液替代肼,但因反应温度较高而使部分产品颗粒过大, (填操作名称)可分离出颗粒过大的Cu2O。
(6)在相同的密闭容器中,用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验:
2H2O(g)2H2(g)+O2(g) ⊿H >0
水蒸气的浓度(mol·L-1)随时间t (min)变化如下表:
序号
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温度
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0
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10
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20
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30
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40
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50
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①
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T1
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0.050
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0.0492
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0.0486
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0.0482
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0.0480
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0.0480
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②
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T1
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0.050
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0.0488
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0.0484
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0.0480
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0.0480
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0.0480
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③
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T2
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0.10
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0.094
|
0.090
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0.090
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0.090
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0.090
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可以判断:实验①的前20 min的平均反应速率 ν(O2)= ;实验温度T1 T2(填“>”、“<”);催化剂的催化效率:实验① 实验②(填“>”、“<”)。