Question

6．一氧化碳是一種用途相當廣泛的化工基礎原料．
（1）利用下列反應可以將粗鎳轉化為純度達99.9%的高純鎳：Ni（s）+4CO（g）$?_{180-200℃}^{58-80℃}$Ni（CO）₄（g），則該反應的△H＜0（選填“＞”或“＜”）．
（2）在高溫下一氧化碳可將二氧化硫還原為單質硫．已知：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H ₁=-393.5kJ•mol^-1
CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H ₂=+172.5kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H ₃=-296.0kJ•mol^-1
請寫出CO除SO₂的熱化學方程式2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ•mol^-1 ．
（3）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)為9.0．如果反應開始時，在2L的密閉容器中充入CO 和H₂O的物質的量都是0.60mol，5min末達到平衡，則此時CO的轉化率為75%．
（4）如圖1是一種新型燃料電池，它以CO為燃料，一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融混合物為電解質，圖2是粗銅精煉的裝置圖，現(xiàn)用燃料電池為電源進行粗銅的精煉實驗．回答下列問題：

①寫出A極發(fā)生的電極反應式CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂．
②要用燃料電池為電源進行粗銅的精煉實驗，則B極應該與D極（填“C”或“D”）相連．
③當消耗標準狀況下2.24LCO時，C電極的質量變化為6.4g．

Answer 1

分析 （1）反應Ni（s）+4CO（g）Ni（CO）₄（g）為化合反應，大多數(shù)的化合反應為放熱反應，據(jù)此判斷；
（2）根據(jù)蓋斯定律計算該反應的反應熱；
（3）設5min末消耗COamol/L，
            則：CO（g）+H₂O?（g）CO₂（g）+H₂（g），
初始量（mol/L）：3      3         0      0
變化量（mol/L）：a      a         a      a
5min末（mol/L）：3-a    3-a        a     a
K=$\frac{a×a}{（3-a）．（3-a）}$=9.0，解得a=2.25，
CO轉化率=$\frac{2.25mol/L}{3mol/L}×100%$；
（4）①該燃料電池中，負極上CO失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳；
②燃料電池中通入氧氣的電極是正極，電解精煉粗銅時，電解池陽極與原電池正極相連；
③C電極是陰極，陰極上銅離子得電子生成Cu，根據(jù)轉移電子守恒計算生成銅質量．

解答 解：（1）反應Ni（s）+4CO（g）Ni（CO）₄（g）為化合反應，大多數(shù)的化合反應為放熱反應，放熱反應的△H＜0，故答案為：＜；
（2）①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
③S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將方程式①-②-③得反應2CO+SO₂=S+2CO₂，則焓變=△H₁-△H₂-△H₃=（-393.5kJ•mol^-1
）-（+172.5kJ•mol^-1）-（-296.0kJ•mol^-1）=-270 kJ•mol^-1，
故答案為：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ•mol^-1 ；
（3）設5min末消耗COamol/L，
           則：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
初始量（mol/L）：3      3         0      0
變化量（mol/L）：a      a         a      a
5min末（mol/L）：3-a    3-a        a     a
K=$\frac{a×a}{（3-a）．（3-a）}$=9.0，解得a=2.25，
CO轉化率=$\frac{2.25mol/L}{3mol/L}×100%$=75%，故答案為：75%；
（4）①CO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：CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂，
故答案為：CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂；
②因A為負極，B為正極，粗銅精煉時，粗銅作陽極，與電源的正極相連，故選：D；
③由CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂可知，當消耗標準狀況下2.24LCO時，反應轉移0.2mol電子，則C極上析出質量=$\frac{0.2mol}{2}×64g/mol$=6.4g，故答案為：6.4g．

點評 本題考查蓋斯定律的應用、原電池和電解池的工作原理、化學平衡計算等知識點，綜合性較強，側重考查學生分析計算能力，難點是電極反應式的書寫，要根據(jù)電解質確定電極反應式書寫方式，題目難度不大．