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高中二年级化学

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    科学研究发现纳米级的Cu2O可作为太阳光分解水的催化剂。

    (1)四种制取Cu2O的方法
    (a)用炭粉在高温条件下还原CuO制备Cu2O;
    (b)用葡萄糖还原新制的Cu(OH)2制备Cu2O;
    (c)电解法制备Cu2O。原理如上图所示,则阳极电极反应可以表示为_____________________;
    (d)最新实验研究加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2可制备纳米级Cu2O,同时放出N2。该制法的化学方程式为________________________。
    (2)用制得的Cu2O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Cu2O并通入0.10 mol水蒸气,发生反应:
    2H2O(g)2H2(g)+O2(g) △H=+484 kJ/mol 不同时段产生O2的量见下表

    前20min的反应速率v(H2O) =_____________;该温度下,反应的平衡常数的表达式K=___________;达平衡时,至少需要吸收的光能为___________kJ。
    ②用以上四种方法制得的Cu2O在某相同条件下分别对水催化分解,产生氢气的体积V(H2)随时间t变化如图所示。下列叙述正确的是______________(填字母代号)。

    A.c、d方法制得的Cu2O催化效率相对较高
    B.d方法制得的Cu2O作催化剂时,水的平衡转化率最高
    C.催化效果与Cu2O颗粒的粗细、表面活性等有关
    D.Cu2O催化水分解时,需要适宜的温度
    本题信息:2011年0110期末题化学实验题难度极难 来源:于丽娜
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本试题 “科学研究发现纳米级的Cu2O可作为太阳光分解水的催化剂。(1)四种制取Cu2O的方法(a)用炭粉在高温条件下还原CuO制备Cu2O;(b)用葡萄糖还原新制的Cu(OH)2制...” 主要考查您对

电解池原理

设计实验方案及探究实验

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  • 电解池原理
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电解池:

(1)电解:使电流通过电解质溶液且在阴、阳极两极引起氧化还原反应的过程叫电解。
(2)装置:电解池(电解槽)
(3)特点:将电能转化为化学能。
形成条件:①与电源相连的两个电极,②电解质溶液或熔融电解质,③形成闭合回路
(4)阴离子放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->SO42->NO3->F- 阳离子放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
(5)电解时溶液pH值的变化规律电解质溶液在电解过程中,有时溶液pH值会发生变化。判断电解质溶液的pH值变化,有时可以从电解产物上去看。
①若电解时阴极上产生H2(消耗H+),阳极上无O2产生,电解后溶液pH值增大;
②若阴极上无H2,阳极上产生O2,则电解后溶液pH值减小;
③若阴极上有H2,阳极上有O2,且(相当于电解水),则有三种情况:
a如果原溶液为中性溶液,则电解后pH值不变;
b如果原溶液是酸溶液,则pH值变小;
c如果原溶液为碱溶液,则pH值变大;
④若阴极上无H2,阳极上无O2产生,电解后溶液的pH可能也会发生变化。如电解CuCl2溶液(CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性),一旦CuCl2全部电解完,pH值会变大,成中性溶液。
(6)电解反应类型:从参加反应的物质来分电解反应可分成五类:
①H2O型:实质是电解水。如电解硝酸钠、氢氧化钠、硫酸等溶液。
②溶质型:溶质所电离出来的离子发生氧化还原,如电解氯化铜、溴化氢等溶液。
③硫酸铜溶液型:电解产物是金属、氧气与酸。如电解硫酸铜溶液生成单质铜、氧气和硫酸,电解硝酸银溶液时生成单质银、氧气和硝酸。
④氯化钠溶液型:电解产物是非金属单质、氢气与碱。如电解氯化钠溶液时生成氯气、氢气和氢氧化钠,电解溴化钾溶液时生成溴单质、氢气和氢氧化钾。
⑤电镀型:镀层金属作阳极,阳极反应是:M-ne-=Mn+,镀件作阴极,阴极反应是:Mn++ne-=M。(电解精炼与电镀,实质上是相同的)

原电池、电解池、电镀池的比较:



化学实验方案的设计:

1.概念:化学实验方案的设计是在实施化学实验之前.根据化学实验的目的和要求,运用相关的化学知识和技能,对实验的仪器、装置和方法所进行的一种规划。
2.实验方案设计的基本要求
(1)科学性:实验原理、实验操作程序和方法必须科学合理。
(2)安全性:尽量避免使用有毒药品和进行有一定危险性的实验操作,保护人身安全,保护仪器。
(3)可行性:实验所选用的药品、仪器、设备和方法等在中学现有条件下能满足要求。
(4)简约性:方案简单易行,尽可能采用简单的实验装置,较少的实验步骤和药品。还应遵循完成实验所用时间较短,副反应少,效果好等基本要求。
(5)经济性:综合考虑原料的用量和价格。
3.化学实验设计的基本内容一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容:
(1)实验名称;
(2)实验目的;
(3)实验原理;
(4)实验用品(药品、仪器、装置、设备)及规格;
(5)实验装置图、实验步骤和操作方法;
(6)实验注意事项;
(7)实验现象的记录及结果处理;
(8)问题与讨论。
4.化学实验方案设计的基本思路

(1)明确目的、原理首先必须认真审题,明确实验的目的,弄清题目有哪些新的信息,结合已学过的知识,通过类比、迁移、分析,从而明确实验原理。
(2)选择仪器、药品根据实验的目的和原理,以及反应物和生成物的性质、反应条件(如反应物和生成物的状态、能否腐蚀仪器、反应是否需要加热及温度是否需要控制在一定的范围内等),合理选择化学仪器和药品。
(3)设汁装置、步骤根据实验目的和原理,以及所选用的仪器和药品,设计出合理的实验装置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力,实验步骤应既完整又简明。
(4)记录现象、数据根据观察,全面而准确地记录实验过程中的现象和数据。
(5)分析得出结论根据实验观察到的现象和记录的数据,通过分析、计算、图表、推理等,得出正确的结论。


化学实验方案设计的分类:

1.物质性质实验方案的设计研究物质性质的基本方法:观察法、实验法、分类法、比较法等。研究物质性质的基本程序:观察外观性质一预测物质性质一实验和观察一解释及结论。图示如下:

在进行性质实验方案的设计时,要充分了解物质的结构、性质、用途与制法之间的相互关系,要根据物质的结构特点,设计化学实验方案来探究或验证物质所具有的一些性质:
2.物质制备实验方案的设计

制备实验方案的设计,应遵循以下原则
(1)条件合适,操作简便;
(2)原理正确,步骤简单;
(3)原料丰富,价格低廉;
(4)产物纯净,污染物少。制备实验方案的设计,主要涉及原料、基本化学反应原理,实验程序和仪器、设备。核心是原料,由原料可确定反应原理,推导出实验步骤及所用仪器。
3.物质检验实验方案的设计

通过特定的反应现象,推断被检验物质是否存在。在对物质进行检验或鉴别时,一般的原则是:
①给出n 种物质进行鉴别,一般只需检验n一1种即可;
②物理和化学方法可并用,一般先用物理方法(如物质的颜色、气味、水溶性等),再用化学方法;
③设计的实验步骤越简单越好,实验现象越明显越好;
④有干扰离子存在时,应先排除干扰,以免得出错误的结论;
⑤进行检验的一般步骤为:观察外表一一加热固体(确定是否有结晶水)——配成溶液——观察外观一一加入试剂——观察现象——得出结论。

化学实验方案的评价:

对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断,要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。
1.从可行性方面对实验方案作出评价科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则,在对实验方案进行评价时,要分析实验方案是否科学可行,实验方案是否遵循化学理论和实验方法的要求,在实际操作时能否做到可控易行。评价时,可从以下4个方面分析:
(1)实验原理是否正确、可行;
(2)实验操作是否安全、合理;
(3)实验步骤是否简单、方便;
(4)实验现象是否明显。
2.从“绿色化学”视角对实验方案作出评价 “绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线路,降低化学工业生产过程对人类健康和环境的危害,减少废弃物的产生和排放。据此,对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价:
(1)反应原料是否易得、安全、无毒;
(2)反应速率是否适巾;
(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高;
(4)合成过程中是否造成环境污染。
3.从安全性方面对实验方案作出评价从安全角度常考虑的主要因素如下:
(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸;
(2)使用某些易燃易爆品进行实验时要防爆炸(如 H2还原CuO应先通H2可燃性气体点燃前先验纯等);
(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”,白磷切割宜在水中进行等);
(4)防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施,以保证达到实验目的);
(5)冷凝回流(有些反应中,为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料,需在反应装置上加装冷凝回流装置,如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等);
(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却;
(7)仪器拆卸的科学性与安全性(可从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑);
(8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序等)。


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