Question

8．一氧化碳是一種用途廣泛的化工基礎原料．有機物加氫反應中鎳是常用的催化劑．但H₂中一般含有微量CO會使催化劑鎳中毒，在反應過程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，為弄清該方法對催化劑的影響，查得資
料如圖1、2：
則：（1）①不用通入O₂氧化的方法除去CO的原因是避免O₂與Ni反應再使其失去催化作用．
②SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）
△H=-270kJ/mol．
（2）工業(yè)上用一氧化碳制取氫氣的反應為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），已知420℃時，該反應的化學平衡常數(shù)K=9．如果反應開始時，在2L的密閉容器中充入CO和H₂O的物質(zhì)的量都是0.60mol，5min末達到平衡，則此時CO的轉(zhuǎn)化率為75%，
H₂的平均生成速率為0.045mol•L^-1•min^-1．
（3）CO與H₂反應還可制備CH₃OH，CH₃OH可作為燃料使用，用CH₃OH和O₂組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3．
電池總反應為：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，則c電極是負極（填“正極”或“負極”），c電極的反應方程式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．若用該電池電解精煉銅（雜質(zhì)含有Ag和Fe），粗銅應該接此電源的d極（填“c”或“d”），反應過程中析出精銅64g，則上述CH₃OH燃料電池，消耗的O₂在標況下的體積為11.2L．

Answer 1

分析 （1）①Ni能與氧氣反應，據(jù)此解答即可；
②由圖I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由圖II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
利用蓋斯定律進行計算即可；
（2）根據(jù)所給反應的平衡常數(shù)，利用三段式法計算出平衡濃度減小求算，
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）0.30    0.30      0        0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） x       x        x        x
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）0.30-x  0.30-x    x        x
來分析求解；
（3）原電池中電子從負極經(jīng)外電路流向正極，負極反應氧化反應，結(jié)合電解質(zhì)書寫電極反應式；根據(jù)c為負極，d為正極，粗銅精煉時，粗銅作陽極，與電源的正極相連；根據(jù)電子得失守恒以及精銅中銅離子得到電子來計算．

解答 解：（1）①Ni能與氧氣反應，使Ni失去催化作用；
故答案為：避免O₂與Ni反應再使其失去催化作用；
②由圖I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由圖II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
（i）-（ii）得：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-563-（-298）=-270kJ•mol^-1，
故答案為：-270kJ/mol；
（2）設參加反應的CO的濃度為x         
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）0.30    0.30      0        0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） x       x        x        x
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）0.30-x  0.30-x    x        x
K=9.0=$\frac{{x}^{2}}{（0.30-x）^{2}}$，x=0.225，
所以CO的轉(zhuǎn)化率α（CO）=$\frac{0.225mol/L}{0.30mol/L}$×100%=75%，
氫氣反應速率v（H₂）=$\frac{0.225mol/L}{5min}$=0.045mol/（L•min），
故答案為：75%；0.045mol/（L•min）；
（3）甲醇具有還原性，在負極上發(fā)生氧化反應生成CO₂，電極反應式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，因c為負極，d為正極，粗銅精煉時，粗銅作陽極，與電源的正極d相連，精銅電極電極反應式：Cu²⁺+2e^-=Cu，Cu²⁺的物質(zhì)的量為=$\frac{64g}{64g/mol}$=1mol，由電子得失守恒可知電子轉(zhuǎn)移2mol，原電池中正極電極反應為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，則生成氧氣物質(zhì)的量為0.5mol，體積=0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故答案為：負極；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；d；11.2．

點評 本題考查了催化劑、蓋斯定律的應用、化學平衡常數(shù)的求算，題目難度不大，側(cè)重于考查學生的分析能力和對基礎知識的應用能力．