Question

8．碳和氮的化合物與人類生產、生活密切相關．
（1）C、CO、CO₂在實際生產中有如下應用：
a．2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{電爐}$Si+2CO        
b.3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
c．C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂            
d．CO₂+CH₄$\stackrel{催化劑}{→}$CH₃COOH
上述反應中，理論原子利用率最高的是d．
（2）有機物加氫反應中鎳是常用的催化劑．但H₂中一般含有微量CO會使催化劑鎳中毒，在反應過程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，為弄清該方法對催化劑的影響，查得資料如下：

則：①不用通入O₂氧化的方法除去CO的原因是避免O₂與Ni反應而使其失去催化作用、或O₂與CO或O₂與H₂混合反應發(fā)生爆炸．
②SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ/mol．
（3）汽車尾氣中含大量CO和氮氧化物（NO_x）等有毒氣體，可以通過排氣管內壁活性炭涂層、排氣管內催化劑裝置進行處理．

①活性炭處理NO的反應：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1（a＞0）
若使NO更加有效的轉化為無毒尾氣排放，以下措施理論上可行的是：a、c．
a．增加排氣管長度                b．增大尾氣排放口
c．添加合適的催化劑              d．升高排氣管溫度
②在排氣管上添加三元催化轉化裝置，CO能與氮氧化物（NO_x）反應生成無毒尾氣，其化學方程式是2xCO+2NO_x$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂．
（4）利用CO₂與H₂反應可合成二甲醚（CH₃OCH₃）．以KOH為電解質溶液，組成二甲醚--空氣燃料電池，該電池工作時其負極反應式是CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（5）電解CO制備CH₄和W，工作原理如圖5所示，生成物W是NaHCO₃，其原理用電解總離子方程式解釋是4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑．

Answer 1

分析 （1）原子利用率目標產物的原子質量占反應物原子質量的百分比，當為100%時最高，即化學反應反應物全部轉化為生成物；
（2）①Ni能與氧氣反應也會導致其中毒，據此解答即可；
②利用蓋斯定律進行計算即可，
由圖I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由圖II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
（i）-（ii）得；
（3）①依據此反應特點判斷即可，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1，此反應為放熱反應，且為氣體體積不變的反應，據此分析判斷；
②根據反應物、生成物和反應條件及質量守恒定律的兩個原則，寫出正確的化學方程式；
（4）根據燃料電池為燃料作負極失電子發(fā)生氧化反應，結合電解質溶液書寫負極電極反應式；
（5）由此電解原理可知，陽極失去電子生成二氧化碳氣體，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據此解答即可．

解答 解：（1）觀察四個反應方程式可見，只有反應d中參加反應的物質全部轉化為一種物質，故原子利用率最高，
故答案為：d；
（2）①Ni能與氧氣反應也會導致其中毒，故答案為：避免O₂與Ni反應再使其失去催化作用；
②由圖I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由圖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，
故答案為：-270kJ/mol；
（3）①C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1，此反應為放熱反應，且為氣體體積不變的反應，
a．增加排氣管長度，不能改變NO的轉化率，故a錯誤；
b．增大尾氣排放口，相當于移出部分氮氣和二氧化碳氣體，利于平衡右移，故b正確；
c．添加合適的催化劑，只改變化學反應速率，不會增加NO的轉化率，故c錯誤；
d．升高排氣管溫度，溫度升高，平衡左移，不利于NO轉化，故d錯誤；
故選b，
故答案為：b；
②反應物是一氧化碳和NO_x，生成物無毒，故生成物之一是氮氣和二氧化碳，根據反應前后元素種類不變，化學方程式為：2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂，
故答案為：2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂；
（4）燃料電池為燃料作負極失電子發(fā)生氧化反應，又電解質溶液為KOH，所以負極電極反應式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（5）由此電解原理可知，陽極失去電子生成二氧化碳氣體，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據此離子反應方程式為：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，
故答案為：NaHCO₃；4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑．

點評 本題主要考查的是綠色化學的概念、蓋斯定律的應用、原電池反應原理與電極方程式的書寫、氧化還原反應等，綜合性較強，難度較大．