Question

6．一氧化碳是一种用途相当广泛的化工基础原料．
（1）利用下列反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍：Ni（s）+4CO（g）$?_{180-200℃}^{58-80℃}$Ni（CO）₄（g），则该反应的△H＜0（选填“＞”或“＜”）．
（2）在高温下一氧化碳可将二氧化硫还原为单质硫．已知：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H ₁=-393.5kJ•mol^-1
CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H ₂=+172.5kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H ₃=-296.0kJ•mol^-1
请写出CO除SO₂的热化学方程式2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ•mol^-1 ．
（3）工业上用一氧化碳制取氢气的反应为：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），已知420℃时，该反应的化学平衡常数为9.0．如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO 和H₂O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为75%．
（4）如图1是一种新型燃料电池，它以CO为燃料，一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融混合物为电解质，图2是粗铜精炼的装置图，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验．回答下列问题：

①写出A极发生的电极反应式CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂．
②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，则B极应该与D极（填“C”或“D”）相连．
③当消耗标准状况下2.24LCO时，C电极的质量变化为6.4g．

Answer 1

分析 （1）反应Ni（s）+4CO（g）Ni（CO）₄（g）为化合反应，大多数的化合反应为放热反应，据此判断；
（2）根据盖斯定律计算该反应的反应热；
（3）设5min末消耗COamol/L，
            则：CO（g）+H₂O?（g）CO₂（g）+H₂（g），
初始量（mol/L）：3      3         0      0
变化量（mol/L）：a      a         a      a
5min末（mol/L）：3-a    3-a        a     a
K=$\frac{a×a}{（3-a）．（3-a）}$=9.0，解得a=2.25，
CO转化率=$\frac{2.25mol/L}{3mol/L}×100%$；
（4）①该燃料电池中，负极上CO失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳；
②燃料电池中通入氧气的电极是正极，电解精炼粗铜时，电解池阳极与原电池正极相连；
③C电极是阴极，阴极上铜离子得电子生成Cu，根据转移电子守恒计算生成铜质量．

解答 解：（1）反应Ni（s）+4CO（g）Ni（CO）₄（g）为化合反应，大多数的化合反应为放热反应，放热反应的△H＜0，故答案为：＜；
（2）①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
③S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.0kJ•mol^-1
根据盖斯定律，将方程式①-②-③得反应2CO+SO₂=S+2CO₂，则焓变=△H₁-△H₂-△H₃=（-393.5kJ•mol^-1
）-（+172.5kJ•mol^-1）-（-296.0kJ•mol^-1）=-270 kJ•mol^-1，
故答案为：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ•mol^-1 ；
（3）设5min末消耗COamol/L，
           则：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
初始量（mol/L）：3      3         0      0
变化量（mol/L）：a      a         a      a
5min末（mol/L）：3-a    3-a        a     a
K=$\frac{a×a}{（3-a）．（3-a）}$=9.0，解得a=2.25，
CO转化率=$\frac{2.25mol/L}{3mol/L}×100%$=75%，故答案为：75%；
（4）①CO具有还原性在负极上发生氧化反应生成CO₂，电极反应式为：CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂，
故答案为：CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂；
②因A为负极，B为正极，粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源的正极相连，故选：D；
③由CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂可知，当消耗标准状况下2.24LCO时，反应转移0.2mol电子，则C极上析出质量=$\frac{0.2mol}{2}×64g/mol$=6.4g，故答案为：6.4g．

点评 本题考查盖斯定律的应用、原电池和电解池的工作原理、化学平衡计算等知识点，综合性较强，侧重考查学生分析计算能力，难点是电极反应式的书写，要根据电解质确定电极反应式书写方式，题目难度不大．