Question

一氧化碳被广泛应用于冶金工业和电子工业．
（1）高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法，相关反应的热化学方程式如下：
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
反应3CO（g）+Fe₂O₃（s）═3CO₂（g）+2Fe（s）的△H=

 

kJ?mol^-1（用含a、b 的代数式表示）．
（2）电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到．
第一步：2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
①第一步反应的机理可以用图表示：

图中中间产物X的结构简式为

 

．

②在工业生产中，为提高CO的产率，可采取的合理措施有

 

．
（3）为进行相关研究，用CO还原高铝铁矿石，反应后固体物质的X-射线衍射谱图如右图1示（X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同）．反应后混合物中的一种产物能与盐酸反应生产两种盐，该反应的离子方程式为

 

．
（4）某催化剂样品（含Ni₂O₃40%，其余为SiO₂）通过还原、提纯两步获得镍单质：首先用CO将33.2g样品在加热条件下还原为粗镍；然后在常温下使粗镍中的Ni与CO结合成Ni（CO）₄（沸点43℃），并在180℃时使Ni（CO）₄重新分解产生镍单质．
上述两步中消耗CO的物质的量之比为

 

．
（5）为安全起见，工业生产中需对空气中的CO进行监测．

①粉红色的PdCl₂溶液可以检验空气中少量的CO．若空气中含CO，则溶液中会产生黑色的Pd沉淀．每生成5.3gPd沉淀，反应转移电子数为

 

．
②使用电化学一氧化碳气体传感器定量检测空气中CO含量，其结构如右图2示．这种传感器利用原电池原理，则该电池的负极反应式为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,氧化还原反应的电子转移数目计算,原电池和电解池的工作原理,化学平衡的影响因素

专题：氧化还原反应专题,化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）①依据分解反应过程和反应机理图示分析判断，中间产物为甲醛；
②反应是气体体积增大的吸热反应，依据化学平衡移动原理分析判断；
（3）反应后混合物中的一种产物能与盐酸反应生产两种盐，依据图示中物质组成分析可知是FeAl₂O₄，反应生成铁盐和铝盐；
（4）依据反应的化学方程式定量关系分析计算；
（5）①依据生成Pd质量，结合PdCl₂～Pd～2e^-，计算分析；
②依据原电池原理分析，测定一氧化碳气体含量，使一氧化碳发生氧化还原反应生成二氧化碳，原电池的负极是失电子发生氧化反应，据此书写负极电极反应．

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
依据盖斯定律

2×①+②

3

得到反应热化学方程式为：3CO（g）+Fe₂O₃（s）═3CO₂（g）+2Fe（s）的△H=

2a+b

3

KJ/mol，
故答案为：

2a+b

3

；
（2）①依据图示和分解反应过程，结合原子守恒分析，甲醇去氢后得到的是甲醛，
故答案为：HCHO；
②第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0，反应是气体体积增大的吸热反应，依据平衡移动原理可知提高一氧化碳产率，应使平衡正向进行，升温，减压实现，
故答案为：升高温度，降低压强；
（3）反应后混合物中的一种产物能与盐酸反应生产两种盐，依据图示中物质组成分析可知是FeAl₂O₄，反应生成铁盐和铝盐，反应的离子方程式为FeAl₂O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Al³⁺+4H₂O，故答案为：FeAl₂O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Al³⁺+4H₂O；
（4）首先用CO将33.2g样品在加热条件下还原为粗镍；然后在常温下使粗镍中的Ni与CO结合成Ni（CO）₄（沸点43℃），并在180℃时使Ni（CO）₄重新分解产生镍单质，反应的化学方程式为：Ni₂O₃+3CO=2Ni+3CO₂，Ni+4CO=Ni（CO）₄，Ni（CO）₄，

△   .

Ni+4CO，两步中消耗CO的物质的量之比为3：8，
故答案为：3：8；
（5）①粉红色的PdCl₂溶液可以检验空气中少量的CO．若空气中含CO，则溶液中会产生黑色的Pd沉淀．每生成5.3gPd沉淀，物质的量=

5.3mol

106g/mol

=0.05mol，依据PdCl₂～Pd～2e-，转移电子数为0.05mol×2×N_A=0.1N_A，
故答案为：0.1N_A ；
②测定一氧化碳气体含量，使一氧化碳发生氧化还原反应生成二氧化碳，原电池的负极是失电子发生氧化反应，酸性介质中负极电极反应为CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺，
故答案为：CO+H₂O-2e^-=CO₂+2H⁺．

点评：本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律计算应用，图象分析方法，原电池原理的应用，原子守恒，电子守恒的反应过程分析是解题关键，题目难度中等．