Question

8．碳和氮的化合物與人類(lèi)生產(chǎn)、生活密切相關(guān)．
（1）C、CO、CO₂在實(shí)際生產(chǎn)中有如下應(yīng)用：
a．2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{電爐}$Si+2CO        
b.3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
c．C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂            
d．CO₂+CH₄$\stackrel{催化劑}{→}$CH₃COOH
上述反應(yīng)中，理論原子利用率最高的是d．
（2）有機(jī)物加氫反應(yīng)中鎳是常用的催化劑．但H₂中一般含有微量CO會(huì)使催化劑鎳中毒，在反應(yīng)過(guò)程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，為弄清該方法對(duì)催化劑的影響，查得資料如下：

則：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(yīng)而使其失去催化作用、或O₂與CO或O₂與H₂混合反應(yīng)發(fā)生爆炸．
②SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ/mol．
（3）汽車(chē)尾氣中含大量CO和氮氧化物（NO_x）等有毒氣體，可以通過(guò)排氣管內(nèi)壁活性炭涂層、排氣管內(nèi)催化劑裝置進(jìn)行處理．

①活性炭處理NO的反應(yīng)：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1（a＞0）
若使NO更加有效的轉(zhuǎn)化為無(wú)毒尾氣排放，以下措施理論上可行的是：a、c．
a．增加排氣管長(zhǎng)度                b．增大尾氣排放口
c．添加合適的催化劑              d．升高排氣管溫度
②在排氣管上添加三元催化轉(zhuǎn)化裝置，CO能與氮氧化物（NO_x）反應(yīng)生成無(wú)毒尾氣，其化學(xué)方程式是2xCO+2NO_x$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂．
（4）利用CO₂與H₂反應(yīng)可合成二甲醚（CH₃OCH₃）．以KOH為電解質(zhì)溶液，組成二甲醚--空氣燃料電池，該電池工作時(shí)其負(fù)極反應(yīng)式是CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（5）電解CO制備CH₄和W，工作原理如圖5所示，生成物W是NaHCO₃，其原理用電解總離子方程式解釋是4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑．

Answer 1

分析 （1）原子利用率目標(biāo)產(chǎn)物的原子質(zhì)量占反應(yīng)物原子質(zhì)量的百分比，當(dāng)為100%時(shí)最高，即化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為生成物；
（2）①Ni能與氧氣反應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致其中毒，據(jù)此解答即可；
②利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算即可，
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；
（3）①依據(jù)此反應(yīng)特點(diǎn)判斷即可，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且為氣體體積不變的反應(yīng)，據(jù)此分析判斷；
②根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件及質(zhì)量守恒定律的兩個(gè)原則，寫(xiě)出正確的化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)燃料電池為燃料作負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合電解質(zhì)溶液書(shū)寫(xiě)負(fù)極電極反應(yīng)式；
（5）由此電解原理可知，陽(yáng)極失去電子生成二氧化碳?xì)怏w，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據(jù)此解答即可．

解答 解：（1）觀察四個(gè)反應(yīng)方程式可見(jiàn)，只有反應(yīng)d中參加反應(yīng)的物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為一種物質(zhì)，故原子利用率最高，
故答案為：d；
（2）①Ni能與氧氣反應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致其中毒，故答案為：避免O₂與Ni反應(yīng)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；
（3）①C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且為氣體體積不變的反應(yīng)，
a．增加排氣管長(zhǎng)度，不能改變NO的轉(zhuǎn)化率，故a錯(cuò)誤；
b．增大尾氣排放口，相當(dāng)于移出部分氮?dú)夂投�氧化碳�(xì)怏w，利于平衡右移，故b正確；
c．添加合適的催化劑，只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不會(huì)增加NO的轉(zhuǎn)化率，故c錯(cuò)誤；
d．升高排氣管溫度，溫度升高，平衡左移，不利于NO轉(zhuǎn)化，故d錯(cuò)誤；
故選b，
故答案為：b；
②反應(yīng)物是一氧化碳和NO_x，生成物無(wú)毒，故生成物之一是氮?dú)夂投�氧化碳，根�?jù)反應(yīng)前后元素種類(lèi)不變，化學(xué)方程式為：2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂，
故答案為：2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂；
（4）燃料電池為燃料作負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，又電解質(zhì)溶液為KOH，所以負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（5）由此電解原理可知，陽(yáng)極失去電子生成二氧化碳?xì)怏w，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據(jù)此離子反應(yīng)方程式為：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，
故答案為：NaHCO₃；4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查的是綠色化學(xué)的概念、蓋斯定律的應(yīng)用、原電池反應(yīng)原理與電極方程式的書(shū)寫(xiě)、氧化還原反應(yīng)等，綜合性較強(qiáng)，難度較大．