Question

18．CO和聯(lián)氨（N₂H₄）的性質(zhì)及應(yīng)用的研究是能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)的重要課題．
（1）①用CO、O₂和KOH溶液可以制成堿性燃料電池，則該電池反應(yīng)的離子方程式為2CO+O₂+4OH^-=2CO₃^2-+2H₂O．
②用CO、O₂和固體電解質(zhì)還可以制成如圖1所示的燃料電池，則電極d的電極反應(yīng)式為CO+O^2--2e^-=CO₂．
（2）聯(lián)氨的性質(zhì)類似于氨氣，將聯(lián)氨通入CuO濁液中，有關(guān)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化如圖2所示．
①在圖示的轉(zhuǎn)化中，化合價不變的元素是氫、鈉（填元素名稱）．
②在轉(zhuǎn)化過程中通入氧氣發(fā)生反應(yīng)后，溶液的pH將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．轉(zhuǎn)化中當(dāng)有1mol N₂H₄參與反應(yīng)時，需要消耗O₂的物質(zhì)的量為1mol．
③加入NaClO時發(fā)生的反應(yīng)為：Cu（NH₃）₄²⁺+2ClO^-+2OH^-═Cu（OH）₂↓+2N₂H₄↑+2Cl^-+2H₂O 
該反應(yīng)需在80℃以上進(jìn)行，其目的除了加快反應(yīng)速率外，還有氫氧化銅分解、降低聯(lián)氨溶解度使其從溶液中逸出．
（3）CO與SO₂在鋁礬土作催化劑、773K條件下反應(yīng)生成CO₂和硫蒸氣，該反應(yīng)可用于從煙道氣中回收硫，反應(yīng)體系中各組分的物質(zhì)的量與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖3所示，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：4CO+2SO₂=4CO₂+S₂．

Answer 1

分析 （1）①該燃料電池中，負(fù)極上CO失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②該燃料電池中，負(fù)極上CO失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化碳，正極上氧氣得電子生成氧離子；
（2）①該反應(yīng)中H、Na元素都是在化合物，化合價不變；
②Cu（NH₃）₂⁺ 和氧氣反應(yīng)過程中，Cu元素化合價由+1價變?yōu)?2價，O元素化合價由0價變?yōu)?2價，氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計算消耗氧氣的量；
③溫度高時氫氧化銅分解，且氣體溶解度隨溫度升高而降低；
（3）根據(jù)圖象知，反應(yīng)物的物質(zhì)的量變化量一個為（4-1）mol=3mol、一個為（2-0.5）mol=1.5mol，生成物的物質(zhì)的量變化量一個為（3-0）mol=3mol、一個為（0.75-0）mol=0.75mol，則反應(yīng)物、生成物的物質(zhì)的量變化量之比等于其計量數(shù)之比=3mol：1.5mol：3mol：0.75mol=4：2：4：1，根據(jù)C原子守恒知，計量數(shù)是4的為CO、CO₂，二氧化硫的計量數(shù)是2，硫單質(zhì)的計量數(shù)是1，則生成的硫單質(zhì)為S₂，根據(jù)反應(yīng)物、生成物書寫方程式．

解答 解：（1）①該燃料電池中，負(fù)極上CO失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子，二氧化碳和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，所以電池反應(yīng)式為2CO+O₂+4 OH^-=2 CO₃^2-+2H₂O，故答案為：2CO+O₂+4 OH^-=2 CO₃^2-+2H₂O；
②d電極上CO生成二氧化碳，則該電極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CO+O^2--2e^-=CO₂，
故答案為：CO+O^2--2e^-=CO₂；
（2）根據(jù)圖知，H、Na元素都在化合物中，化合價不變，故答案為：氫、鈉；
②Cu（NH₃）₂⁺ 和氧氣反應(yīng)過程中，Cu元素化合價由+1價變?yōu)?2價，O元素化合價由0價變?yōu)?2價，氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，所以溶液的pH增大；
轉(zhuǎn)化中當(dāng)有1mol N₂H₄參與反應(yīng)時，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=1mol×2×[0-（-2）]=4mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等得需要消耗O₂的物質(zhì)的量=$\frac{4mol}{4}$=1mol，
故答案為：增大；1mol；
③溫度高時氫氧化銅分解，且氣體溶解度隨溫度升高而降低，從而促進(jìn)反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，
故答案為：氫氧化銅分解、降低聯(lián)氨溶解度使其從溶液中逸出；
（3）根據(jù)圖象知，反應(yīng)物的物質(zhì)的量變化量一個為（4-1）mol=3mol、一個為（2-0.5）mol=1.5mol，生成物的物質(zhì)的量變化量一個為（3-0）mol=3mol、一個為（0.75-0）mol=0.75mol，則反應(yīng)物、生成物的物質(zhì)的量變化量之比等于其計量數(shù)之比=3mol：1.5mol：3mol：0.75mol=4：2：4：1，根據(jù)C原子守恒知，計量數(shù)是4的為CO、CO₂，二氧化硫的計量數(shù)是2，硫單質(zhì)的計量數(shù)是1，則生成的硫單質(zhì)為S₂，所以反應(yīng)方程式為4CO+2SO₂=4CO₂+S₂，故答案為：4CO+2SO₂=4CO₂+S₂．

點評 本題考查原電池原理、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)方程式計算等知識點，為高頻考點，結(jié)合電解質(zhì)溶液書寫電極反應(yīng)式，難點是（3）題生成物硫化學(xué)式的確定，明確計量數(shù)與物質(zhì)的量變化量關(guān)系是解（3）題關(guān)鍵，題目難度中等．