Question

6．金属单质及其化合物与工农业生产、日常生活有密切的联系．请回答下列问题：

（1）一定条件下，用Fe₂O₃、NiO或Cr₂O₃作催化剂，利用如下反应回收燃煤烟气中的硫．反应为：
2CO（g）+SO₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+S（l）△H=-270KJ．mol^-1其他条件相同、催化剂不同时，SO₂的转化率随反应温度的变化如图1，不考虑催化剂的价格因素，选择c为该反应的催化剂较为合理．（选填序号）    
a．Cr₂O₃         b．NiO         c．Fe₂O₃
选择该催化剂的理由是：Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO₂转化率，从而节约能源．
某科研小组用选择的催化剂，在380℃时，研究了n（CO）：n（SO₂）分别为1：1、3：1时，SO₂转化率的变化情况（图2）．则图2中表示n（CO）：n（SO₂）=3：1的变化曲线为a．
（2）科研小组研究利用铁屑除去地下水中NO₃^-的反应原理．
①pH=2.5时，用铁粉还原KNO₃溶液，相关离子浓度、pH随时间的变化关系如图3（部分副反应产物曲线略去）．请根据图中信息写出t₁时刻前发生反应的离子方程式4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；t₁时刻后，反应仍在进行，溶液中NH${\;}_{4}^{+}$的浓度在增大，Fe²⁺的浓度却没有明显变化，可能的原因是t₁后溶液pH较大，Fe²⁺水解生成Fe（OH）₂．
②若在①的反应中加入活性炭，可以提高除去NO₃^-的效果，其原因可能是活性炭和铁构成了原电池，加快反应速率．正常地下水中含有CO₃^2-，会影响效果，其原因有：a．生成FeCO₃沉淀覆盖在反应物的表面，阻止了反应的进行；b．CO₃^2-消耗H⁺，溶液酸性减弱，效果降低．
（3）LiFePO₄电池具有稳定性高、安全、环保等优点，可用于电动汽车．电池反应为：FePO₄+Li$?_{充电}^{放电}$LiFePO₄
PO₄，负极材料是石墨，含Li⁺导电固体为电解质．放电时电池正极反应为FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄．

Answer 1

分析 （1）Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO₂转化率，从而节约能源；
n（CO）：n（SO₂）越大，二氧化硫的转化率越大；
（2）①根据图示可知，t₁时刻前，NO₃^-、H⁺浓度逐渐减小，是Fe与硝酸反应生成Fe²⁺、NH₄⁺与水；
t₁后溶液pH较大，Fe²⁺水解生成Fe（OH）₂，溶液中Fe²⁺浓度没有明显变化；
②活性炭和铁构成了原电池，加快反应速率； CO₃^2-消耗H⁺，溶液酸性减弱；
（3）负极材料是石墨，含Li⁺导电固体为电解质，放电时电池正极发生还原反应，FePO₄获得电子，与Li⁺结合生成LiFePO₄．

解答 解：（1）Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO₂转化率，从而节约能源，故选Fe₂O₃作催化剂，n（CO）：n（SO₂）越大，二氧化硫的转化率越大，故曲线a表示n（CO）：n（SO₂）=3：1的变化曲线，
故答案为：c；Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO₂转化率，从而节约能源；a；
（2）①根据图示可知，t₁时刻前，NO₃^-、H⁺浓度逐渐减小，是Fe与硝酸反应生成Fe²⁺、NH₄⁺与水，反应离子方程式为：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
t₁后溶液pH较大，Fe²⁺水解生成Fe（OH）₂，溶液中Fe²⁺浓度没有明显变化，
故答案为：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；t₁后溶液pH较大，Fe²⁺水解生成Fe（OH）₂；
②活性炭和铁构成了原电池，加快反应速率，可以提高除去NO₃^-的效果，CO₃^2-消耗H⁺，溶液酸性减弱，效果降低，
故答案为：活性炭和铁构成了原电池，加快反应速率；CO₃^2-消耗H⁺，溶液酸性减弱，效果降低；
（3）负极材料是石墨，含Li⁺导电固体为电解质，放电时电池正极发生还原反应，FePO₄获得电子，与Li⁺结合生成LiFePO₄，正极电极反应式为：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄，
故答案为：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、原电池等，侧重考查学生读图及阅读获取信息能力，是对学生综合能力的考查，难度中等．