Question

【題目】鎳是制取各種高強(qiáng)度合金、耐熱材料的重要金屬之一。以粗氧化鎳(主要含NiO、CoO、Fe2O3等)為原料制備純鎳的流程示意圖如下：

回答下列問(wèn)題：

(1)已知：C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=+393.5kJ·mol－1

CO(g)+)+O2(g)=CO2(g) △H2=－283.0kJ·mol－1

反應(yīng)a的化學(xué)方程式為___________，既有利于提高反應(yīng)a的速率，又有利于提高原料CO2平衡轉(zhuǎn)化率的措施是___________。

(2)用離子方程式表示堿洗過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)___________。

(3)鎳的羰化反應(yīng)為：Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g) △H。

①一定溫度下，將一定量的粗鎳和CO加入到1L的恒容密閉容器中反應(yīng)，3s后測(cè)得Ni(CO)4的物質(zhì)的量為0.6mol，則0～3s內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CO)=___________mol·L－1·s－1。

②鎳的羰化反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=___________，當(dāng)溫度升高時(shí)，K減小，則該反應(yīng)的△H___________0(填“>”或“<”或“=”)

(4)羰化后的產(chǎn)物為Fe(CO)5、Co2(CO)8、Ni(CO)4，有關(guān)性質(zhì)如下：

蒸餾提取Ni(CO)4應(yīng)選擇的適宜溫度范圍是___________。

(5)采用230℃分解Ni(CO)4(g)制取金屬鎳，所獲金屬鎳中常常含有碳，原因是___________(運(yùn)用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋)。

Answer 1

【答案】CO2+C2CO 升高溫度 2OH-+CO2=CO32-+H2O 0.8 < 43.2℃~52℃ 溫度升高，化學(xué)平衡Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)正向移動(dòng)，CO濃度增大。CO則因?yàn)榉磻?yīng)2CO(g)CO2(g)+C(s)平衡右移，產(chǎn)生碳

【解析】

(1)由流程圖可知，反應(yīng)a為二氧化碳和碳在900℃的條件下反應(yīng)生成CO，化學(xué)方程式為CO2+C2CO；該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，既有利于提高反應(yīng)a的速率，又有利于提高原料CO2平衡轉(zhuǎn)化率；

(2) 由流程圖可知，堿洗過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)是氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳的反應(yīng)；

(3)①根據(jù)速率公式v=計(jì)算；

②根據(jù)反應(yīng)式Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)，平衡常數(shù)表達(dá)式為K=；當(dāng)溫度升高時(shí)，K減小，說(shuō)明升溫平衡逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

(4)蒸餾時(shí)根據(jù)三種物質(zhì)的沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離，從表中數(shù)據(jù)可知Ni(CO)4的沸點(diǎn)為43.2℃，Co2(CO)8的沸點(diǎn)為52℃，Fe(CO)5的沸點(diǎn)為106℃，所以提取Ni(CO)4應(yīng)選擇的適宜溫度范圍是43.2℃~52℃；

(5) 分解Ni(CO)4(g)制取金屬鎳的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)正向移動(dòng)，CO濃度增大。CO濃度增大又使2CO(g)CO2(g)+C(s)平衡右移，產(chǎn)生碳。

(1)由流程圖可知，反應(yīng)a為二氧化碳和碳在900℃的條件下反應(yīng)生成CO，化學(xué)方程式為CO2+C2CO；

已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=+393.5kJ·mol－1

②CO(g)+)+O2(g)=CO2(g) △H2=－283.0kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律①-②2得：CO2+C2CO △H=（+393.5kJ·mol－1）-（－283.0kJ·mol－1）2=+959.5 kJ·mol－1，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，既有利于提高反應(yīng)a的速率，又有利于提高原料CO2平衡轉(zhuǎn)化率；

因此，本題正確答案是：CO2+C2CO；升高溫度；(2) 由流程圖可知，堿洗過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)是氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳的反應(yīng)，離子方程式為2OH-+CO2=CO32-+H2O；

因此，本題正確答案是：2OH-+CO2=CO32-+H2O；

(3)①由反應(yīng)式Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)可知， 3s后測(cè)得Ni(CO)4的物質(zhì)的量為0.6mol，則消耗的CO 的物質(zhì)的量為0.6mol 4=2.4mol，

則0～3s內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CO)==0.8 mol·L－1·s－1；

②根據(jù)反應(yīng)式Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)，平衡常數(shù)表達(dá)式為K=，當(dāng)溫度升高時(shí)，K減小，說(shuō)明升溫平衡逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的△H<0，

因此，本題正確答案是：0.8；；<；

(4)蒸餾時(shí)根據(jù)三種物質(zhì)的沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離，從表中數(shù)據(jù)可知Ni(CO)4的沸點(diǎn)為43.2℃，Co2(CO)8的沸點(diǎn)為52℃，Fe(CO)5的沸點(diǎn)為106℃，所以提取Ni(CO)4應(yīng)選擇的適宜溫度范圍是43.2℃~52℃，

因此，本題正確答案是：43.2℃~52℃；

(5) 分解Ni(CO)4(g)制取金屬鎳的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)正向移動(dòng)，CO濃度增大。CO濃度增大又使2CO(g)CO2(g)+C(s)平衡右移，產(chǎn)生碳，

因此，本題正確答案是：溫度升高，化學(xué)平衡Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)正向移動(dòng)，CO濃度增大。CO則因?yàn)榉磻?yīng)2CO(g)CO2(g)+C(s)平衡右移，產(chǎn)生碳。