Question

6．金屬單質(zhì)及其化合物與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活有密切的聯(lián)系．請回答下列問題：

（1）一定條件下，用Fe₂O₃、NiO或Cr₂O₃作催化劑，利用如下反應(yīng)回收燃煤煙氣中的硫．反應(yīng)為：
2CO（g）+SO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+S（l）△H=-270KJ．mol^-1其他條件相同、催化劑不同時，SO₂的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖1，不考慮催化劑的價格因素，選擇c為該反應(yīng)的催化劑較為合理．（選填序號）    
a．Cr₂O₃         b．NiO         c．Fe₂O₃
選擇該催化劑的理由是：Fe₂O₃作催化劑時，在相對較低溫度可獲得較高的SO₂轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源．
某科研小組用選擇的催化劑，在380℃時，研究了n（CO）：n（SO₂）分別為1：1、3：1時，SO₂轉(zhuǎn)化率的變化情況（圖2）．則圖2中表示n（CO）：n（SO₂）=3：1的變化曲線為a．
（2）科研小組研究利用鐵屑除去地下水中NO₃^-的反應(yīng)原理．
①pH=2.5時，用鐵粉還原KNO₃溶液，相關(guān)離子濃度、pH隨時間的變化關(guān)系如圖3（部分副反應(yīng)產(chǎn)物曲線略去）．請根據(jù)圖中信息寫出t₁時刻前發(fā)生反應(yīng)的離子方程式4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；t₁時刻后，反應(yīng)仍在進(jìn)行，溶液中NH${\;}_{4}^{+}$的濃度在增大，F(xiàn)e²⁺的濃度卻沒有明顯變化，可能的原因是t₁后溶液pH較大，F(xiàn)e²⁺水解生成Fe（OH）₂．
②若在①的反應(yīng)中加入活性炭，可以提高除去NO₃^-的效果，其原因可能是活性炭和鐵構(gòu)成了原電池，加快反應(yīng)速率．正常地下水中含有CO₃^2-，會影響效果，其原因有：a．生成FeCO₃沉淀覆蓋在反應(yīng)物的表面，阻止了反應(yīng)的進(jìn)行；b．CO₃^2-消耗H⁺，溶液酸性減弱，效果降低．
（3）LiFePO₄電池具有穩(wěn)定性高、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可用于電動汽車．電池反應(yīng)為：FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄
PO₄，負(fù)極材料是石墨，含Li⁺導(dǎo)電固體為電解質(zhì)．放電時電池正極反應(yīng)為FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄．

Answer 1

分析 （1）Fe₂O₃作催化劑時，在相對較低溫度可獲得較高的SO₂轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源；
n（CO）：n（SO₂）越大，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率越大；
（2）①根據(jù)圖示可知，t₁時刻前，NO₃^-、H⁺濃度逐漸減小，是Fe與硝酸反應(yīng)生成Fe²⁺、NH₄⁺與水；
t₁后溶液pH較大，F(xiàn)e²⁺水解生成Fe（OH）₂，溶液中Fe²⁺濃度沒有明顯變化；
②活性炭和鐵構(gòu)成了原電池，加快反應(yīng)速率； CO₃^2-消耗H⁺，溶液酸性減弱；
（3）負(fù)極材料是石墨，含Li⁺導(dǎo)電固體為電解質(zhì)，放電時電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)ePO₄獲得電子，與Li⁺結(jié)合生成LiFePO₄．

解答 解：（1）Fe₂O₃作催化劑時，在相對較低溫度可獲得較高的SO₂轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源，故選Fe₂O₃作催化劑，n（CO）：n（SO₂）越大，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率越大，故曲線a表示n（CO）：n（SO₂）=3：1的變化曲線，
故答案為：c；Fe₂O₃作催化劑時，在相對較低溫度可獲得較高的SO₂轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源；a；
（2）①根據(jù)圖示可知，t₁時刻前，NO₃^-、H⁺濃度逐漸減小，是Fe與硝酸反應(yīng)生成Fe²⁺、NH₄⁺與水，反應(yīng)離子方程式為：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
t₁后溶液pH較大，F(xiàn)e²⁺水解生成Fe（OH）₂，溶液中Fe²⁺濃度沒有明顯變化，
故答案為：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；t₁后溶液pH較大，F(xiàn)e²⁺水解生成Fe（OH）₂；
②活性炭和鐵構(gòu)成了原電池，加快反應(yīng)速率，可以提高除去NO₃^-的效果，CO₃^2-消耗H⁺，溶液酸性減弱，效果降低，
故答案為：活性炭和鐵構(gòu)成了原電池，加快反應(yīng)速率；CO₃^2-消耗H⁺，溶液酸性減弱，效果降低；
（3）負(fù)極材料是石墨，含Li⁺導(dǎo)電固體為電解質(zhì)，放電時電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)ePO₄獲得電子，與Li⁺結(jié)合生成LiFePO₄，正極電極反應(yīng)式為：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄，
故答案為：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、原電池等，側(cè)重考查學(xué)生讀圖及閱讀獲取信息能力，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．