现有下列十种物质：①H2②铁③CaO④CO2⑤H2SO4⑥N-优题课

硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。请回答下列问题：
（1）基态 $S i$ 原子中，电子占据的最高能层符号为，该能层具有的原子轨道数为、电子数为。
（2）硅主要以硅酸盐、等化合物的形式存在于地壳中。
（3）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献个原子。
（4）单质硅可通过甲硅烷（ $S i H_{4}$ ）分解反应来制备。工业上采用 $M g_{2} S i$ 和 $N H_{4} C l$ 在液氨介质中反应制得 $S i H_{4}$ ，该反应的化学方程式为。
（5）碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：

化学键	$C - C$	$C - H$	$C - O$	$S i - S i$	$S i - H$	$S i - O$
键能/( $K J / m o l$	356	413	336	226	318	452

①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是。
② $S i H_{4}$ 的稳定性小于 $C H_{4}$ ，更易生成氧化物，原因是

（6）在硅酸盐中 $S i O_{} 4 -$ 4四面体（如下图（ $a$ ））通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图（ $b$ ）为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中 $S i$ 原子的杂化形式为 $S i$ 与 $O$ 的原子数之比为化学式为。

草酸（乙二酸）可作还原剂和沉淀剂，用于金属除锈、织物漂白和稀土生产。一种制备草酸（含2个结晶水）的工艺流程如下：

回答下列问题：
（1） $C O$ 和 $N a O H$ 在一定条件下合成甲酸钠、甲酸钠加热脱氢的化学反应方程式分别为、。
（2）该制备工艺中有两次过滤操作，过滤操作①的滤液是，滤渣是；过滤操作②的滤液是和滤渣是。
（3）工艺过程中③和④的目的是。
（4）有人建议甲酸钠脱氢后直接用硫酸酸化制备草酸。该方案的缺点是产品不纯，其中含有的杂质主要是。
（5）结晶水合草酸成品的纯度用高锰酸钾法测定。称量草酸成品0.250g溶于水中，用0.0500 $m o l • L^{- 1}$ 的酸性 $K M n O_{4}$ 溶液滴定，至粉红色不消褪，消耗 $K M n O_{4}$ 溶液15.00 $m L$ ，反应的离子方程式为；列式计算该成品的纯度。

二甲醚（ $C H_{3} O C H_{3}$ ）是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气（组成为 $H_{2}$ 、 $C O$ 和少量的 $C O_{2}$ ）直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：
甲醇合成反应：
（i） $C O (g)$ + 2 $H_{2} (g)$ = $C H_{3} O H (g)$ $△ H_{1}$ = -90.1 $k J$ • $m o l^{- 1}$

（ii） $C O_{2} (g)$ + 3 $H_{2} (g)$ = $C H_{3} O H (g)$ + $H_{2} O (g)$ $△ H_{2}$ = -49.0 $k J$ • $m o l^{- 1}$

水煤气变换反应： $H_{2} (g)$
（iii） $C O (g)$ + $H_{2} O (g)$ = $C O_{2} (g)$ + $△ H_{3}$ = -41.1 $k J$ • $m o l^{- 1}$

二甲醚合成反应：
（iV）2 $C H_{3} O H (g)$ = $C H_{3} O C H_{3} (g)$ + $H_{2} O (g)$ $△ H_{4}$ = -24.5 $k J$ • $m o l^{- 1}$ 回答下列问题：
（1） $A l_{2} O_{3}$ 是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度 $A l_{2} O_{3}$ 的主要工艺流程是（以化学方程式表示）。
（2）分析二甲醚合成反应（iV）对于 $C O$ 转化率的影响。
（3）由 $H_{2}$ 和 $C O$ 直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为。根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响。
（4）有研究者在催化剂（含 $C u$ - $Z n$ - $A l$ - $O$ 和 $A l_{2} O_{3}$ ）、压强为5.0 $M P a$ 的条件下，由 $H_{2}$ 和 $C O$ 直接制备二甲醚，结果如下图所示。其中 $C O$ 转化率随温度升高而降低的原因是。

（5）二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度等于甲醇直接燃料电池（5.93 $k w$ • $h$ • $k g^{- 1}$ ）。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生个电子的能量；该电池的理论输出电压为1.20 $V$ ，能量密度 $E$ =（列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量，1 $k w$ • $h$ = 3.6×10⁶ $J$ ）。

锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（ $L i C o O_{2}$ ）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为 $6 C + x L i^{+} + x e^{-} = L i_{x} C_{6}$ 。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题：
（1） $L i C o O_{2}$ 中， $C o$ 元素的化合价为。
（2）写出"正极碱浸"中发生反应的离子方程式。
（3）"酸浸"一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式；可用盐酸代替 $H_{2} S O_{4}$ 和 $H_{2} O_{2}$ 的混合液，但缺点是。
（4）写出"沉钴"过程中发生反应的化学方程式。
（5）充放电过程中，发生 $L i C o O_{2}$ 与 $L i_{1 - x} C o O_{2}$ 之间的转化，写出放电时电池反应方程式。
（6）上述工艺中，"放电处理"有利于锂在正极的回收，其原因是。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有（填化学式）。

某市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物 $P M_{2.5}$ （直径小于等于2.5 $μ m$ 的悬浮颗粒物）其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对 $P M_{2.5}$ 、 $S O_{2}$ 、 $N O_{X}$ 等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
（1）对 $P M_{2.5}$ 样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	$K^{+}$	$N a^{+}$	$N {H_{4}}^{+}$	$S {O_{4}}^{2 -}$	$N {O_{3}}^{-}$	$C l^{-}$
浓度/ $m o l / L$	4×10^-6	6×10^-6	2×10^-5	4×10^-5	3×10^-5	2×10^-5

根据表中数据判断 $P M_{2.5}$ 的酸碱性为，试样的 $p H$ 值。
（2）为减少 $S O_{2}$ 的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料。已知： $H_{2} (g) + \frac{1}{2} O_{2} (g) = H_{2} O (g)$ $△ H = - 241.8 K J / m o l$
$C (s) + \frac{1}{2} O_{2} (g) = C O (g)$ $△ H = - 110.5 K J / m o l$

写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式；
②洗涤含 $S O_{2}$ 的烟气，以下物质可作洗涤剂的是；
a． $C a (O H)_{2}$ b． $N a_{2} C O_{3}$ c． $C a C l_{2}$ d． $N a H S O_{3}$

（3）汽车尾气中 $N O_{X}$ 和 $C O$ 的生成及转化为：
①已知气缸中生成 $N O$ 的反应为： $N_{2} (g) + O_{2} (g)$ $2 N O (g)$ $△ H > 0$

若1 $m o l$ 空气含有0.8 $m o l N_{2}$ 和0.2 $m o l O_{2}$ ,1300℃时在密闭容器内反应达到平衡。测得 $N O$ 为8×10^{-4
$m o l$}.计算该温度下的平衡常数K=；汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内 $N O$ 排放量越大，原因是。
②汽车燃油不完全燃烧时产生 $C O$ ，有人设想按下列反应除去 $C O$ ：
$2 C O (g) = 2 C (s) + O_{2} (g)$ 已知该反应的 $△ H > 0$ ，简述该设想能否实现的依据。
③目前，在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少 $C O$ 和 $N O$ 的污染，其化学反应方程式为。

分类标准		氧化物			电解质
属于该类的物质	②		⑧ ⑨	⑦