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(2014•南通三模)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=akJ•mol-1CO(g
1人问答
更新时间:2024-03-28 23:09:32
问题描述:

(2014•南通三模)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=2a+b32a+b3kJ•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HCHOHCHO.

②在工业生产中,为提高CO的产率,可采取的合理措施有升高温度,降低压强升高温度,降低压强.

(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FeAl2O4+8H+=Fe2++2Al3++4H2OFeAl2O4+8H+=Fe2++2Al3++4H2O.

(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3:83:8.

(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0.1NA0.1NA.

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CO+H2O-2e-=CO2+2H+CO+H2O-2e-=CO2+2H+.

陆佶人回答:
  (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+②3得到反应热化学方程式为:3CO(g)+Fe2O3(s)═3CO2(g)+2Fe(s)的△H=2a+b3KJ/mol,   故答案为:2a+b3;   (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=5.3mol106g/mol=0.05mol,依据PdCl2~Pd~2e-,转移电子数为0.05mol×2×NA=0.1NA,   故答案为:0.1NA;   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+.
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