Question

【題目】鎳是制取各種高強度合金、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a的化學方程式為___________，既有利于提高反應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程發(fā)生的反應___________。

(3)鎳的羰化反應為：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，3s后測得Ni(CO)4的物質(zhì)的量為0.6mol，則0～3s內(nèi)平均反應速率v(CO)=___________mol·L－1·s－1。

②鎳的羰化反應平衡常數(shù)表達式為K=___________，當溫度升高時，K減小，則該反應的△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___________(運用化學平衡移動原理解釋)。

Answer 1

【答案】CO2+C2CO 升高溫度 2OH-+CO2=CO32-+H2O 0.8 < 43.2℃~52℃ 溫度升高，化學平衡Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)正向移動，CO濃度增大。CO則因為反應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a為二氧化碳和碳在900℃的條件下反應生成CO，化學方程式為CO2+C2CO；該反應為吸熱反應，升高溫度，化學反應速率加快，平衡向正反應方向移動，既有利于提高反應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，堿洗過程發(fā)生的反應是氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳的反應；

(3)①根據(jù)速率公式v=計算；

②根據(jù)反應式Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)，平衡常數(shù)表達式為K=；當溫度升高時，K減小，說明升溫平衡逆向移動，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應；

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

(5) 分解Ni(CO)4(g)制取金屬鎳的反應為吸熱反應，溫度升高，化學平衡Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)正向移動，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a為二氧化碳和碳在900℃的條件下反應生成CO，化學方程式為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，該反應為吸熱反應，升高溫度，化學反應速率加快，平衡向正反應方向移動，既有利于提高反應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，堿洗過程發(fā)生的反應是氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳的反應，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由反應式Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)可知， 3s后測得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)平均反應速率v(CO)==0.8 mol·L－1·s－1；

②根據(jù)反應式Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)，平衡常數(shù)表達式為K=，當溫度升高時，K減小，說明升溫平衡逆向移動，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，則該反應的△H<0，

因此，本題正確答案是：0.8；；<；

(4)蒸餾時根據(jù)三種物質(zhì)的沸點不同進行分離，從表中數(shù)據(jù)可知Ni(CO)4的沸點為43.2℃，Co2(CO)8的沸點為52℃，Fe(CO)5的沸點為106℃，所以提取Ni(CO)4應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)制取金屬鎳的反應為吸熱反應，溫度升高，化學平衡Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)正向移動，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，化學平衡Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)正向移動，CO濃度增大。CO則因為反應2CO(g)CO2(g)+C(s)平衡右移，產(chǎn)生碳。