Question

一氧化碳被廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)和電子工業(yè)．
（1）高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法，相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
4CO（g）+Fe₃O₄（s）═4CO₂（g）+3Fe（s）△H=a kJ?mol^-1
CO（g）+3Fe₂O₃（s）═CO₂（g）+2Fe₃O₄（s）△H=b kJ?mol^-1
反應(yīng)3CO（g）+Fe₂O₃（s）═3CO₂（g）+2Fe（s）的△H=

 

kJ?mol^-1（用含a、b 的代數(shù)式表示）．
（2）電子工業(yè)中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過脫氫、分解兩步反應(yīng)得到．
第一步：2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
①第一步反應(yīng)的機(jī)理可以用圖表示：

圖中中間產(chǎn)物X的結(jié)構(gòu)簡式為

 

．

②在工業(yè)生產(chǎn)中，為提高CO的產(chǎn)率，可采取的合理措施有

 

．
（3）為進(jìn)行相關(guān)研究，用CO還原高鋁鐵礦石，反應(yīng)后固體物質(zhì)的X-射線衍射譜圖如右圖1示（X-射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在，不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同）．反應(yīng)后混合物中的一種產(chǎn)物能與鹽酸反應(yīng)生產(chǎn)兩種鹽，該反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（4）某催化劑樣品（含Ni₂O₃40%，其余為SiO₂）通過還原、提純兩步獲得鎳單質(zhì)：首先用CO將33.2g樣品在加熱條件下還原為粗鎳；然后在常溫下使粗鎳中的Ni與CO結(jié)合成Ni（CO）₄（沸點(diǎn)43℃），并在180℃時(shí)使Ni（CO）₄重新分解產(chǎn)生鎳單質(zhì)．
上述兩步中消耗CO的物質(zhì)的量之比為

 

．
（5）為安全起見，工業(yè)生產(chǎn)中需對(duì)空氣中的CO進(jìn)行監(jiān)測．

①粉紅色的PdCl₂溶液可以檢驗(yàn)空氣中少量的CO．若空氣中含CO，則溶液中會(huì)產(chǎn)生黑色的Pd沉淀．每生成5.3gPd沉淀，反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為

 

．
②使用電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器定量檢測空氣中CO含量，其結(jié)構(gòu)如右圖2示．這種傳感器利用原電池原理，則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移數(shù)目計(jì)算,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡的影響因素

專題：氧化還原反應(yīng)專題,化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①依據(jù)分解反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理圖示分析判斷，中間產(chǎn)物為甲醛；
②反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
（3）反應(yīng)后混合物中的一種產(chǎn)物能與鹽酸反應(yīng)生產(chǎn)兩種鹽，依據(jù)圖示中物質(zhì)組成分析可知是FeAl₂O₄，反應(yīng)生成鐵鹽和鋁鹽；
（4）依據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式定量關(guān)系分析計(jì)算；
（5）①依據(jù)生成Pd質(zhì)量，結(jié)合PdCl₂～Pd～2e^-，計(jì)算分析；
②依據(jù)原電池原理分析，測定一氧化碳?xì)怏w含量，使一氧化碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化碳，原電池的負(fù)極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫負(fù)極電極反應(yīng)．

解答： 解：（1）①4CO（g）+Fe₃O₄（s）═4CO₂（g）+3Fe（s）△H=a kJ?mol^-1
②CO（g）+3Fe₂O₃（s）═CO₂（g）+2Fe₃O₄（s）△H=b kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律

2×①+②

3

得到反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：3CO（g）+Fe₂O₃（s）═3CO₂（g）+2Fe（s）的△H=

2a+b

3

KJ/mol，
故答案為：

2a+b

3

；
（2）①依據(jù)圖示和分解反應(yīng)過程，結(jié)合原子守恒分析，甲醇去氫后得到的是甲醛，
故答案為：HCHO；
②第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0，反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理可知提高一氧化碳產(chǎn)率，應(yīng)使平衡正向進(jìn)行，升溫，減壓實(shí)現(xiàn)，
故答案為：升高溫度，降低壓強(qiáng)；
（3）反應(yīng)后混合物中的一種產(chǎn)物能與鹽酸反應(yīng)生產(chǎn)兩種鹽，依據(jù)圖示中物質(zhì)組成分析可知是FeAl₂O₄，反應(yīng)生成鐵鹽和鋁鹽，反應(yīng)的離子方程式為FeAl₂O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Al³⁺+4H₂O，故答案為：FeAl₂O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Al³⁺+4H₂O；
（4）首先用CO將33.2g樣品在加熱條件下還原為粗鎳；然后在常溫下使粗鎳中的Ni與CO結(jié)合成Ni（CO）₄（沸點(diǎn)43℃），并在180℃時(shí)使Ni（CO）₄重新分解產(chǎn)生鎳單質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Ni₂O₃+3CO=2Ni+3CO₂，Ni+4CO=Ni（CO）₄，Ni（CO）₄，

△   .

Ni+4CO，兩步中消耗CO的物質(zhì)的量之比為3：8，
故答案為：3：8；
（5）①粉紅色的PdCl₂溶液可以檢驗(yàn)空氣中少量的CO．若空氣中含CO，則溶液中會(huì)產(chǎn)生黑色的Pd沉淀．每生成5.3gPd沉淀，物質(zhì)的量=

5.3mol

106g/mol

=0.05mol，依據(jù)PdCl₂～Pd～2e-，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.05mol×2×N_A=0.1N_A，
故答案為：0.1N_A ；
②測定一氧化碳?xì)怏w含量，使一氧化碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化碳，原電池的負(fù)極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，酸性介質(zhì)中負(fù)極電極反應(yīng)為CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺，
故答案為：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，圖象分析方法，原電池原理的應(yīng)用，原子守恒，電子守恒的反應(yīng)過程分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．