Question

催化劑是化工技術(shù)的核心，絕大多數(shù)的化工生產(chǎn)需采用催化工藝．
（1）接觸法制硫酸中采用V₂O₅作催化劑：
4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412kJ?mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）

V2O5  .

△

2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1
SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ?mol^-1
以FeS₂為原料，理論上生產(chǎn)2mol H₂SO₄（l）所釋放出的熱量為

 

kJ．
（2）電子工業(yè)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(yīng)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(yīng)的機(jī)理可以用如圖1所示．圖中中間產(chǎn)物X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為

 

．

②在工業(yè)生產(chǎn)中，為提高CO的產(chǎn)率，可采取的合理措施有

 

．
（3）采用一種新型的催化劑（主要成分是Cu-Mn合金），利用CO和H₂制備二甲醚（DME）．
主反應(yīng)：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
副反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
測(cè)得反應(yīng)體系中各物質(zhì)的產(chǎn)率或轉(zhuǎn)化率與催化劑的關(guān)系如圖2所示．則催化劑中n（Mn）/n（Cu）約為

 

時(shí)最有利于二甲醚的合成．
（4）催化劑Ni使用長久后會(huì)部分轉(zhuǎn)化為Ni₂O₃而降低催化效率．一種Ni再生的方法是：
①用CO將含有等物質(zhì)的量的Ni和Ni₂O₃的催化劑還原得到粗鎳；
②在一定溫度下使粗鎳中的Ni與CO結(jié)合成Ni（CO）₄；
③180℃時(shí)使Ni（CO）₄重新分解產(chǎn)生鎳單質(zhì)．
上述①、②中參加反應(yīng)的CO物質(zhì)的量之比為

 

．
（5）納米級(jí)Cu₂O具有優(yōu)良的催化性能，制取Cu₂O的方法有：
①加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂．該制法的化學(xué)方程式為

 

．
②用陰離子交換膜控制電解液中OH^-的濃度制備納米Cu₂O，反應(yīng)為2Cu+H₂O

電解  .

Cu₂O+H₂↑，如圖3所示．該電解池的陽極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,電解原理

專題：

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①依據(jù)分解反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理圖示分析判斷，中間產(chǎn)物為甲醛；
②反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
（3）根據(jù)圖中生成二甲醚的最大值分析；
（4）依據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式定量關(guān)系分析計(jì)算；
（5）①根據(jù)“液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂”來書寫化學(xué)方程式；
②在電解池的陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；

解答： 解：（1）①4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412kJ?mol^-1
②2SO₂（g）+O₂（g）

V2O5  .

△

2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1
③SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①+②×4+③×8，得到反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：4FeS₂（s）+15O₂（g）+8H₂O（l）=2Fe₂O₃（s）+8H₂SO₄（l）的△H=-3412-196.6×4-130.3×8=-5240.8KJ/mol，所以生產(chǎn)2mol H₂SO₄（l）所釋放出的熱量為

5240.8

4

=1310.2KJ；故答案為：1310.2；
（2）①依據(jù)圖示和分解反應(yīng)過程，結(jié)合原子守恒分析，甲醇去氫后得到的是甲醛，故答案為：HCHO；
②第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0，反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理可知提高一氧化碳產(chǎn)率，應(yīng)使平衡正向進(jìn)行，升溫，減壓實(shí)現(xiàn)，故答案為：升高溫度，降低壓強(qiáng)；
（3）由圖可知當(dāng)催化劑中

n(Mn)

n(Cu)

約為2.0時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成二甲醚的最多；
故答案為：2.0；
（4）首先用CO將含有等物質(zhì)的量的Ni和Ni₂O₃的催化劑還原為粗鎳；然后在常溫下使粗鎳中的Ni與CO結(jié)合成Ni（CO）₄（沸點(diǎn)43℃），并在180℃時(shí)使Ni（CO）₄重新分解產(chǎn)生鎳單質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Ni₂O₃+3CO=2Ni+3CO₂，Ni+4CO=Ni（CO）₄，Ni（CO）₄

△   .

Ni+4CO，設(shè)含有等物質(zhì)的量的Ni和Ni₂O₃的催化劑各1mol，所以前兩步中消耗CO的物質(zhì)的量之比為3mol：4mol×3=12mol，則①、②中參加反應(yīng)的CO物質(zhì)的量之比為1：4；
故答案為：1：4；
（5）①根據(jù)題目信息：液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂來制備納米級(jí)Cu₂O，同時(shí)放出N₂，得出化學(xué)方程式為：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
②在電解池中，當(dāng)陽極是活潑電極時(shí)，該電機(jī)本身發(fā)生失電子得還原反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，金屬銅失去電子的電極反應(yīng)為2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，故答案為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，圖象分析方法，電化學(xué)原理的應(yīng)用，原子守恒，電子守恒的反應(yīng)過程分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．