Question

催化剂是化工技术的核心，绝大多数的化工生产需采用催化工艺．
（1）接触法制硫酸中采用V₂O₅作催化剂：
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为原料，理论上生产2mol H₂SO₄（l）所释放出的热量为

 

kJ．
（2）电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到．
第一步：2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0  
第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
①第一步反应的机理可以用如图1所示．图中中间产物X的结构简式为

 

．

②在工业生产中，为提高CO的产率，可采取的合理措施有

 

．
（3）采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu-Mn合金），利用CO和H₂制备二甲醚（DME）．
主反应：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
副反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图2所示．则催化剂中n（Mn）/n（Cu）约为

 

时最有利于二甲醚的合成．
（4）催化剂Ni使用长久后会部分转化为Ni₂O₃而降低催化效率．一种Ni再生的方法是：
①用CO将含有等物质的量的Ni和Ni₂O₃的催化剂还原得到粗镍；
②在一定温度下使粗镍中的Ni与CO结合成Ni（CO）₄；
③180℃时使Ni（CO）₄重新分解产生镍单质．
上述①、②中参加反应的CO物质的量之比为

 

．
（5）纳米级Cu₂O具有优良的催化性能，制取Cu₂O的方法有：
①加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂．该制法的化学方程式为

 

．
②用阴离子交换膜控制电解液中OH^-的浓度制备纳米Cu₂O，反应为2Cu+H₂O

电解  .

Cu₂O+H₂↑，如图3所示．该电解池的阳极反应式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,有关反应热的计算,电解原理

专题：

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）①依据分解反应过程和反应机理图示分析判断，中间产物为甲醛；
②反应是气体体积增大的吸热反应，依据化学平衡移动原理分析判断；
（3）根据图中生成二甲醚的最大值分析；
（4）依据反应的化学方程式定量关系分析计算；
（5）①根据“液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂”来书写化学方程式；
②在电解池的阳极发生失电子的氧化反应；

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
依据盖斯定律①+②×4+③×8，得到反应热化学方程式为：4FeS₂（s）+15O₂（g）+8H₂O（l）=2Fe₂O₃（s）+8H₂SO₄（l）的△H=-3412-196.6×4-130.3×8=-5240.8KJ/mol，所以生产2mol H₂SO₄（l）所释放出的热量为

5240.8

4

=1310.2KJ；故答案为：1310.2；
（2）①依据图示和分解反应过程，结合原子守恒分析，甲醇去氢后得到的是甲醛，故答案为：HCHO；
②第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0，反应是气体体积增大的吸热反应，依据平衡移动原理可知提高一氧化碳产率，应使平衡正向进行，升温，减压实现，故答案为：升高温度，降低压强；
（3）由图可知当催化剂中

n(Mn)

n(Cu)

约为2.0时，CO的转化率最大，生成二甲醚的最多；
故答案为：2.0；
（4）首先用CO将含有等物质的量的Ni和Ni₂O₃的催化剂还原为粗镍；然后在常温下使粗镍中的Ni与CO结合成Ni（CO）₄（沸点43℃），并在180℃时使Ni（CO）₄重新分解产生镍单质，反应的化学方程式为：Ni₂O₃+3CO=2Ni+3CO₂，Ni+4CO=Ni（CO）₄，Ni（CO）₄

△   .

Ni+4CO，设含有等物质的量的Ni和Ni₂O₃的催化剂各1mol，所以前两步中消耗CO的物质的量之比为3mol：4mol×3=12mol，则①、②中参加反应的CO物质的量之比为1：4；
故答案为：1：4；
（5）①根据题目信息：液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂，得出化学方程式为：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O，故答案为：4Cu（OH）₂+N₂H₄

△   .

2Cu₂O+N₂↑+6H₂O；
②在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电机本身发生失电子得还原反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，故答案为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；

点评：本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律计算应用，图象分析方法，电化学原理的应用，原子守恒，电子守恒的反应过程分析是解题关键，题目难度中等．