Question

5．鈷及其化合物可應(yīng)用與催化劑、電池、顏料與染料等．

（1）CoO是一種油漆添加劑，可通過反應(yīng)①②制備．
①2Co（s）+O₂（g）═2CoO（s）△H₁=akJ•mol^-1
②2CoCO₃（s）═CoO（s）+CO₂ （g）△H₂=akJ•mol^-1
則反應(yīng)2Co（s）+O₂（g）+2CO₂（g）═2CoO₃（s） 的△H=（a-2b）kJ•mol^-1
（2）某鋰電池的電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li⁺，電池反應(yīng)式為：LiC₆+CoO₂?C₆+LiCoO₂
①電池放電時，負極的電極反應(yīng)式為，Li⁺向正極移動（填“正極”或“負極“）．
②一種回收電極中Co元素的方法是：將LiCoO₂與H₂O₂、H₂SO₄反應(yīng)生成CoSO₄．該反應(yīng)的化學方程式為2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═Li₂SO₄+2CoSO₄+4H₂O+O₂↑
（3）BASF高壓法制備醋酸采用鈷碘催化循環(huán)過程如圖1所示，該循環(huán)的總反應(yīng)方程式為CO+CH₃OH→CH₃COOH（反應(yīng)條件無需列出）
（4）某含鈷催化劑可同時催化去除柴油車尾氣中的碳煙（C）和NOx．不同溫度下，將10mol模擬尾氣（成分如圖2所示）以相同的流速通過該催化劑，測得所有產(chǎn)物（CO₂、N₂、N₂O）與NO的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果如表 

模擬尾氣	氣體			碳煙
	NO	O2	He
物質(zhì)的量分數(shù)或物質(zhì)的量	0.25%	5%	94.75%	a mol

①380℃時，測得排出的氣體中含0.45 mol O₂和0.0525 mol CO₂，則Y的化學式為N₂O．
②實驗過程中采用NO模擬NOx，而不采用NO₂的原因是NO較NO₂穩(wěn)定，NO₂氣體中存在N₂O₄，不便于定量測定．

Answer 1

分析 （1）①2Co（s）+O₂（g）═2CoO（s）△H₁=akJ•mol^-1；②2CoCO₃（s）═CoO（s）+CO₂ （g）△H₂=akJ•mol^-1；根據(jù)蓋斯定律，則反應(yīng)2Co（s）+O₂（g）+2CO₂（g）═2CoO₃（s） 的△H=△H₁-2△H₂；
（2）①原電池中，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽離子向正極移動；
②LiCoO₂中的Co是+3價，變成CoSO₄中的Co是+2價，所以LiCoO₂是氧化劑，則是H₂O₂是還原劑，由此書寫反應(yīng)的化學方程式；
（3）由圖1可知右邊下面進去1mol的水，而上面又出來1mol的水，所以實際反應(yīng)的是甲醇；左邊上面進去1mol的水，而下面又出來1mol的水，參與反應(yīng)的是一氧化碳，而生成的醋酸，由此書寫總的反應(yīng)方程式；
（4）①模擬尾氣中一氧化氮的物質(zhì)的量為：0.25%×10mol=0.025mol，而圖中參與反應(yīng)生成X和Y的一氧化氮的物質(zhì)的量為：0.025mol×（8%+16%）=0.006mol，模擬尾氣中O₂的物質(zhì)的量為：10mol×5%=0.5mol，測得排出的氣體中含0.45 mol O₂，說明實際參與反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為0.05mol，同時測得0.0525 mol CO₂，根據(jù)氧守恒，可知氧化二氮的物質(zhì)的量為：0.05×2+0.006-0.0525×2=0.001mol，根據(jù)氮守恒可知氮氣的物質(zhì)的量為：$\frac{0.006-0.001×2}{2}$=0.002mol，所以16%對應(yīng)的是氮氣，而8%對應(yīng)是氧化二氮；
②二氧化氮與四氧化二氮之間存在雙聚平衡，所以無純的二氧化氮，由此分析解答．

解答 解：（1）①2Co（s）+O₂（g）═2CoO（s）△H₁=akJ•mol^-1；②2CoCO₃（s）═CoO（s）+CO₂ （g）△H₂=akJ•mol^-1；根據(jù)蓋斯定律，則反應(yīng)2Co（s）+O₂（g）+2CO₂（g）═2CoO₃（s） 的△H=△H₁-2△H₂=（a-2b）kJ•mol^-1，故答案為：（a-2b）kJ•mol^-1；
（2）①原電池中，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：LiC₆-e^-═Li⁺+C₆，陽離子向正極移動，故答案為：LiC₆-e^-═Li⁺+C₆；正極；
②LiCoO₂中的Co是+3價，變成CoSO₄中的Co是+2價，所以LiCoO₂是氧化劑，則是H₂O₂是還原劑，則化學方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═Li₂SO₄+2CoSO₄+4H₂O+O₂↑，故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═Li₂SO₄+2CoSO₄+4H₂O+O₂↑；
（3）由圖1可知右邊下面進去1mol的水，而上面又出來1mol的水，所以實際反應(yīng)的是甲醇；左邊上面進去1mol的水，而下面又出來1mol的水，參與反應(yīng)的是一氧化碳，而生成的醋酸，所以總反應(yīng)的方程式為：CO+CH₃OH→CH₃COOH，故答案為：CO+CH₃OH→CH₃COOH；
（4）①模擬尾氣中一氧化氮的物質(zhì)的量為：0.25%×10mol=0.025mol，而圖中參與反應(yīng)生成X和Y的一氧化氮的物質(zhì)的量為：0.025mol×（8%+16%）=0.006mol，模擬尾氣中O₂的物質(zhì)的量為：10mol×5%=0.5mol，測得排出的氣體中含0.45 mol O₂，說明實際參與反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為0.05mol，同時測得0.0525 mol CO₂，根據(jù)氧守恒，可知氧化二氮的物質(zhì)的量為：0.05×2+0.006-0.0525×2=0.001mol，根據(jù)氮守恒可知氮氣的物質(zhì)的量為：$\frac{0.006-0.001×2}{2}$=0.002mol，所以16%對應(yīng)的是氮氣，而8%對應(yīng)是氧化二氮，即Y對應(yīng)是N₂O，故答案為：N₂O；
②二氧化氮與四氧化二氮之間存在雙聚平衡，所以無純的二氧化氮，故答案為：NO較NO₂穩(wěn)定，NO₂氣體中存在N₂O₄，不便于定量測定．

點評 本題考查蓋斯定律、電化學和圖象問題，綜合性強，有一定的難度，特別是（4）中一氧化氮并未完全參與反應(yīng)，然后運用原子守恒分析解答．