题目内容
【题目】化学反应原理在化工生产和实验中有着广泛而重要的应用。
Ⅰ.利用含锰废水(主要含Mn2＋、SO
、H＋、Fe2＋、Al3＋、Cu2＋)可制备高性能磁性材料碳酸锰(MnCO3)。其中一种工艺流程如下：
已知某些物质完全沉淀的pH如下表：
沉淀物 | Fe(OH)3 | Al(OH)3 | Cu(OH)2 | Mn(OH)2 | CuS | MnS | MnCO3 |
沉淀完全时的pH | 3.2 | 5.4 | 6.4 | 9.8 | ≥0 | ≥7 | ≥7 |
回答下列问题：
（1）过程②中，所得滤渣W的主要成分是______________________。
（2）过程③中，发生反应的离子方程式是______________________。
（3）过程④中，若生成的气体J可使澄清石灰水变浑浊，则生成MnCO3的反应的离子方程式是_______________________。
（4）由MnCO3可制得重要的催化剂MnO2：2MnCO3＋O2===2MnO2＋2CO2。现在空气中加热460.0 g MnCO3，得到332.0 g产品，若产品中杂质只有MnO，则该产品中MnO2的质量分数是________(用百分数表示，小数点后保留1位小数)。
Ⅱ.常温下，浓度均为0.1 mol·L－1的下列六种溶液的pH如下表：
溶质 | CH3COONa | NaHCO3 | Na2CO3 | NaClO | NaCN/span> | C6H5ONa |
pH | 8.8 | 9.7 | 11.6 | 10.3 | 11.1 | 11.3 |
（1）上述盐溶液中的阴离子，结合H＋能力最强的是_______________________。
（2）根据表中数据判断，浓度均为0.01 mol·L－1的下列物质的溶液中，酸性最强的是________(填序号)。
A. HCN B. HClO C. C6H5OH D. CH3COOH E. H2CO3
Ⅲ.已知:CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH = Q kJ·mol-1其平衡常数随温度变化如下表所示:
温度/℃ | 400 | 500 | 850 |
平衡常数 | 9.94 | 9 | 1 |
请回答下列问题:
（1）上述反应的化学平衡常数表达式为___,该反应的Q____(填“>”或“<”)0。
（2）850 ℃时,向体积为10 L的反应器中通入一定量的CO和H2O(g),发生上述反应,CO和H2O(g)的浓度变化如图所示,则0~4 min时平均反应速率v(CO)=____。
（3）若在500 ℃时进行上述反应,且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020 mol·L-1,该条件下,CO的最大转化率为____。
（4）若在850 ℃时进行上述反应,设起始时CO和H2O(g)共为1 mol,其中水蒸气的体积分数为x,平衡时CO的转化率为y,试推导y随x变化的关系式:____。
【答案】 Fe(OH)3、Al(OH)3 MnS＋Cu2＋===Mn2＋＋CuS Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O 78.6% CO
D K=
< 0.03 mol·L-1·min-1 75% y=x
【解析】Ⅰ.(1)根据表中数据可知，氢氧化铝完成沉淀的pH为5.2，氢氧化铁完全沉淀的pH为3.7，所以调节pH在5.2，Fe2+和Al3+均以Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀状态存在，即滤渣的成分为：Fe(OH)3、Al(OH)3，故答案为：Fe(OH)3、Al(OH)3；
(2)CuS在pH≥0时完全沉淀，而MnS在pH≥7时完全沉淀，所以加入MnS是为了使其中Cu2+产生CuS沉淀除去，故搅拌目的是使MnS 与 Cu2+快速、充分反应，反应的离子方程式：MnS+Cu2+=Mn2++CuS↓，故答案为：MnS+Cu2+=Mn2++CuS↓；
(3)生成的气体J可使澄清石灰水变浑浊，该气体为二氧化碳，Mn2+和加入的HCO3-反应，产生CO2气体和MnCO3沉淀，反应的离子方程式：Mn2++2HCO3-=MnCO3+CO2↑+H2O，故答案为：Mn2++2HCO3-=MnCO3+CO2↑+H2O；
(4)MnCO3受热分解为MnO，MnO部分氧化为MnO2，产品中杂质有MnO，460.0 gMnCO3的物质的量为：
=4mol，受热产生4molMnO，设产生MnO2物质的量为xmol，即有xmolMnO氧化，剩余MnO为(4-x)mol，产物的总质量为：(4-x)mol×71g/mol+xmol×87g/mol=332g，解得x=3，则MnO2的质量分数=
×100%=78.6%，故答案为：78.6%；
Ⅱ.(1)酸的电离平衡常数越小，则酸的电离程度越小，酸根离子水解程度越大，相同浓度的钠盐溶液的pH越大，结合氢离子能力越大，根据溶液的PH知，酸性最强的酸是醋酸，最弱的酸是碳酸氢根离子，则结合氢离子能力最大的是CO32-，故答案为：CO32-；
(2)酸的电离平衡常数越大，酸的电离程度越大，则酸的酸性越强，酸根离子水解程度越小，相同浓度的钠盐溶液的pH越小，所以酸性最强的是醋酸；故答案为：D；
Ⅲ.(1)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K=
；由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡逆向应移动，升高温度平衡向吸热方向移动，故正反应为放热反应，则△H=Q＜0，故答案为：；＜；
(2)v(CO)=
=0.03mol/(Lmin)，故答案为：0.03mol/(Lmin)；
(3)到达平衡时CO的 转化率最大，设CO的浓度变化量为c，则：
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)
起始(mol/L)：0.02 0.02 0 0
转化(mol/L)： c c c c
平衡(mol/L)：0.02-c 0.02-c c c
500℃时反应平衡常数K=
=9，解得c=0.015，CO的最大所以转化率为：
×100%=75%，故答案为：75%；
(4)800℃时反应平衡常数为1，起始时水的物质的量为xmol，CO的物质的量为 (1-x)mol，平衡时CO的转化率为y，则转化的CO为(1-x)y mol，则：
CO(g) + H2O(g)H2(g)+CO2(g)
起始(mol)： 1-x x 0 0
转化(mol)： (1-x)y (1-x)y (1-x)y (1-x)y
平衡(mol)：(1-x)(1-y) (x-y+xy) (1-x)y (1-x)y
所以平衡常数K=
=1，整理得x=y，故答案为：x=y。
