Question

8．碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关．
（1）C、CO、CO₂在实际生产中有如下应用：
a．2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{电炉}$Si+2CO        
b.3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
c．C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂            
d．CO₂+CH₄$\stackrel{催化剂}{→}$CH₃COOH
上述反应中，理论原子利用率最高的是d．
（2）有机物加氢反应中镍是常用的催化剂．但H₂中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒，在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，为弄清该方法对催化剂的影响，查得资料如下：

则：①不用通入O₂氧化的方法除去CO的原因是避免O₂与Ni反应而使其失去催化作用、或O₂与CO或O₂与H₂混合反应发生爆炸．
②SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ/mol．
（3）汽车尾气中含大量CO和氮氧化物（NO_x）等有毒气体，可以通过排气管内壁活性炭涂层、排气管内催化剂装置进行处理．

①活性炭处理NO的反应：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1（a＞0）
若使NO更加有效的转化为无毒尾气排放，以下措施理论上可行的是：a、c．
a．增加排气管长度                b．增大尾气排放口
c．添加合适的催化剂              d．升高排气管温度
②在排气管上添加三元催化转化装置，CO能与氮氧化物（NO_x）反应生成无毒尾气，其化学方程式是2xCO+2NO_x$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2xCO₂+N₂．
（4）利用CO₂与H₂反应可合成二甲醚（CH₃OCH₃）．以KOH为电解质溶液，组成二甲醚--空气燃料电池，该电池工作时其负极反应式是CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（5）电解CO制备CH₄和W，工作原理如图5所示，生成物W是NaHCO₃，其原理用电解总离子方程式解释是4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑．

Answer 1

分析 （1）原子利用率目标产物的原子质量占反应物原子质量的百分比，当为100%时最高，即化学反应反应物全部转化为生成物；
（2）①Ni能与氧气反应也会导致其中毒，据此解答即可；
②利用盖斯定律进行计算即可，
由图I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由图II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
（i）-（ii）得；
（3）①依据此反应特点判断即可，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1，此反应为放热反应，且为气体体积不变的反应，据此分析判断；
②根据反应物、生成物和反应条件及质量守恒定律的两个原则，写出正确的化学方程式；
（4）根据燃料电池为燃料作负极失电子发生氧化反应，结合电解质溶液书写负极电极反应式；
（5）由此电解原理可知，阳极失去电子生成二氧化碳气体，加入碳酸钠，碳酸钠与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，阴极CO得到电子生成甲烷气体，据此解答即可．

解答 解：（1）观察四个反应方程式可见，只有反应d中参加反应的物质全部转化为一种物质，故原子利用率最高，
故答案为：d；
（2）①Ni能与氧气反应也会导致其中毒，故答案为：避免O₂与Ni反应再使其失去催化作用；
②由图I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由图II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
（i）-（ii）得：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-563-（-298）=-270kJ•mol^-1，
故答案为：-270kJ/mol；
（3）①C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1，此反应为放热反应，且为气体体积不变的反应，
a．增加排气管长度，不能改变NO的转化率，故a错误；
b．增大尾气排放口，相当于移出部分氮气和二氧化碳气体，利于平衡右移，故b正确；
c．添加合适的催化剂，只改变化学反应速率，不会增加NO的转化率，故c错误；
d．升高排气管温度，温度升高，平衡左移，不利于NO转化，故d错误；
故选b，
故答案为：b；
②反应物是一氧化碳和NO_x，生成物无毒，故生成物之一是氮气和二氧化碳，根据反应前后元素种类不变，化学方程式为：2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2xCO₂+N₂，
故答案为：2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2xCO₂+N₂；
（4）燃料电池为燃料作负极失电子发生氧化反应，又电解质溶液为KOH，所以负极电极反应式为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（5）由此电解原理可知，阳极失去电子生成二氧化碳气体，加入碳酸钠，碳酸钠与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，阴极CO得到电子生成甲烷气体，据此离子反应方程式为：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，
故答案为：NaHCO₃；4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑．

点评 本题主要考查的是绿色化学的概念、盖斯定律的应用、原电池反应原理与电极方程式的书写、氧化还原反应等，综合性较强，难度较大．