Question

一氧化碳被廣泛應用于冶金工業(yè)和電子工業(yè)．
（1）高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法，相關反應的熱化學方程式如下：
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第一步反應的機理可以用圖表示：

圖中中間產(chǎn)物X的結構簡式為

 

．

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）為進行相關研究，用CO還原高鋁鐵礦石，反應后固體物質的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)物質是否存在，不同晶態(tài)物質出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同）．反應后混合物中的一種產(chǎn)物能與鹽酸反應生產(chǎn)兩種鹽，該反應的離子方程式為

 

．
（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：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結合成Ni（CO）₄（沸點43℃），并在180℃時使Ni（CO）₄重新分解產(chǎn)生鎳單質．
上述兩步中消耗CO的物質的量之比為

 

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

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

 

．
②使用電化學一氧化碳氣體傳感器定量檢測空氣中CO含量，其結構如右圖2示．這種傳感器利用原電池原理，則該電池的負極反應式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,氧化還原反應的電子轉移數(shù)目計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡的影響因素

專題：氧化還原反應專題,化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）①依據(jù)分解反應過程和反應機理圖示分析判斷，中間產(chǎn)物為甲醛；
②反應是氣體體積增大的吸熱反應，依據(jù)化學平衡移動原理分析判斷；
（3）反應后混合物中的一種產(chǎn)物能與鹽酸反應生產(chǎn)兩種鹽，依據(jù)圖示中物質組成分析可知是FeAl₂O₄，反應生成鐵鹽和鋁鹽；
（4）依據(jù)反應的化學方程式定量關系分析計算；
（5）①依據(jù)生成Pd質量，結合PdCl₂～Pd～2e^-，計算分析；
②依據(jù)原電池原理分析，測定一氧化碳氣體含量，使一氧化碳發(fā)生氧化還原反應生成二氧化碳，原電池的負極是失電子發(fā)生氧化反應，據(jù)此書寫負極電極反應．

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

得到反應熱化學方程式為：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)圖示和分解反應過程，結合原子守恒分析，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，反應是氣體體積增大的吸熱反應，依據(jù)平衡移動原理可知提高一氧化碳產(chǎn)率，應使平衡正向進行，升溫，減壓實現(xiàn)，
故答案為：升高溫度，降低壓強；
（3）反應后混合物中的一種產(chǎn)物能與鹽酸反應生產(chǎn)兩種鹽，依據(jù)圖示中物質組成分析可知是FeAl₂O₄，反應生成鐵鹽和鋁鹽，反應的離子方程式為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結合成Ni（CO）₄（沸點43℃），并在180℃時使Ni（CO）₄重新分解產(chǎn)生鎳單質，反應的化學方程式為：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溶液可以檢驗空氣中少量的CO．若空氣中含CO，則溶液中會產(chǎn)生黑色的Pd沉淀．每生成5.3gPd沉淀，物質的量=

5.3mol

106g/mol

=0.05mol，依據(jù)PdCl₂～Pd～2e-，轉移電子數(shù)為0.05mol×2×N_A=0.1N_A，
故答案為：0.1N_A ；
②測定一氧化碳氣體含量，使一氧化碳發(fā)生氧化還原反應生成二氧化碳，原電池的負極是失電子發(fā)生氧化反應，酸性介質中負極電極反應為CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺，
故答案為：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺．

點評：本題考查了熱化學方程式書寫和蓋斯定律計算應用，圖象分析方法，原電池原理的應用，原子守恒，電子守恒的反應過程分析是解題關鍵，題目難度中等．