Question

(14 分) 一氧化碳被廣泛應用于冶金工業和電子工業。
⑴高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法，相關反應的熱化學方程式如下：
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
反應3CO(g)＋Fe₂O₃(s)＝3CO₂(g)＋2Fe(s)的△H=     kJ·mol^－1(用含a、b 的代數式表示)。
⑵電子工業中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過脫氫、分解兩步反應得到。
第一步：2CH₃OH(g)HCOOCH₃(g)+2H₂(g)  △H>0
第二步：HCOOCH₃(g)CH₃OH(g) +CO(g)    △H>0
①第一步反應的機理可以用下圖表示：

圖中中間產物X的結構簡式為     。
②在工業生產中，為提高CO的產率，可采取的合理措施有     。
⑶為進行相關研究，用CO還原高鋁鐵礦石，反應后固體物質的X—射線衍射譜圖如圖所示（X—射線衍射可用于判斷某晶態物質是否存在，不同晶態物質出現衍射峰的衍射角不同）。反應后混合物中的一種產物能與鹽酸反應生產兩種鹽，該反應的離子方程式為     。

⑷某催化劑樣品（含Ni₂O₃40%，其余為SiO₂）通過還原、提純兩步獲得鎳單質：首先用CO將33.2 g樣品在加熱條件下還原為粗鎳；然后在常溫下使粗鎳中的Ni與CO結合成Ni(CO)₄（沸點43 ℃），并在180 ℃時使Ni(CO)₄重新分解產生鎳單質。
上述兩步中消耗CO的物質的量之比為     。
⑸為安全起見，工業生產中需對空氣中的CO進行監測。
①粉紅色的PdCl₂溶液可以檢驗空氣中少量的CO。若空氣中含CO，則溶液中會產生黑色的Pd沉淀。每生成5.3gPd沉淀，反應轉移電子數為     。
②使用電化學一氧化碳氣體傳感器定量檢測空氣中CO含量，其結構如圖所示。這種傳感器利用原電池原理，則該電池的負極反應式為     。

Answer 1

⑴(2a+b)/3   ⑵①HCHO  ②升高溫度，降低壓強
⑶FeAl₂O₄+8H⁺＝Fe²⁺+2Al³⁺+4H₂O   ⑷3:8
⑸①0.1mol（或0.1N_A）  ②CO+H₂O－2e^－＝CO₂+2H⁺（每空2分，共14分）

試題分析：⑴將“①×+②×”能得該方程式，根據蓋斯定律可該反應熱△H＝(2a+b)/3 kJ·mol^－1。
⑵①CH₃OH脫氫后生成HCHO；
②根據第一步和第二步的反應特點，可知“升高溫度，降低壓強”能提高CO的產率；
⑶根據“反應后混合物中的一種產物能與鹽酸反應生產兩種鹽”說明該反應的反應物有FeAl₂O₄、鹽酸，生成物有FeCl₂、AlCl₃、H₂O，據此便可寫出離子方程式。
⑷先確定發生的兩步反應：3CO+Ni₂O₃＝3CO₂+2Ni，Ni+4CO＝Ni(CO)₄，則這兩步中消耗CO的物質的量之比為3：8。
⑸①根據“PdCl₂～Pd～2e^-”，則每生成5.3gPd沉淀，反應轉移電子數為。
②CO在負極上發生氧化反應，據得失電子守恒有CO－2e^―――CO₂，再據電荷守恒有CO－2e^――CO₂+2H⁺，最后據原子守恒得CO+H₂O－2e^－＝CO₂+2H⁺。