题目内容

10．硫酸铜、硝酸铁都是重要的化工原料．
（1）以下是某工厂用含铁的废铜为原料生产胆矾（CuSO4•5H2O）的生产流程示意图：

胆矾和石膏在不同温度下的溶解度（g/100g水）见下表．
温度（℃）20406080100
石膏0.320.260.150.110.07
胆矾3244.661.883.8114
请回答下列问题：
①红褐色滤渣的主要成分是Fe（OH）3；
②写出浸出过程中生成硝酸铜的化学方程式3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O；
③操作I的温度应该控制在100℃左右；
④从溶液中分离出硫酸铜晶体的操作II应为将热溶液冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（2）某兴趣小组在实验室利用图（a）和（b）中的信息，按图（c）装置（连通的A、B瓶中已充有NO2气体）进行Fe（NO3）3对H2O2分解速率影响的实验．5min后可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的深（填“深”或“浅”），其原因是Fe（NO3）3在H2O2分解反应中起催化作用．从图a知H2O2的分解反应为放热反应，从图b也知2NO2?N2O4反应为放热反应，B瓶中H2O2在Fe（NO3）3催化剂的作用下分解快，相同时间内放热多，因此B瓶所处温度高，2NO2?N2O4平衡逆向移动，NO2浓度大，颜色深．

分析 （1）含铁的废铜为原料加入稀硫酸和稀硝酸的混合溶液，溶解后得到浸出液，在浸出液中主要含有Cu2+、Fe3+、H+、SO42-，加入石灰浆调节溶液PH沉淀铁离子，过滤得到红褐色滤渣为氢氧化铁沉淀，依据石膏和蓝矾的溶解度，控制100°C，滤液中析出石膏，滤液中主要为硫酸铜，通过加热蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到硫酸铜晶体；
①由工艺流程图转化关系可知，红褐色滤渣的主要成分为氢氧化铁；
②由工艺流程图转化关系可知，由于硫酸的存在，酸过量，硝酸全起氧化剂作用，酸为稀溶液，生成硫酸铜、NO、水；
③由表中溶解度关系可知，胆矾溶解度随温度升高增大，而石膏的溶解度随温度升高降低，所以应控制在较高的温度，物质分离较完全，制备的胆矾较纯；
④从溶液中分离出硫酸铜晶体应为将热溶液冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（2）由图a可知，1mol过氧化氢总能量高于1mol水与0.5mol氧气总能量，故过氧化氢分解是放热反应，由图b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，所以图c中，右侧烧杯的温度高于左侧，升高温度使2NO2（红棕色）?N2O4（无色）△H＜0，向逆反应方向移动．

解答 解：（1）①由工艺流程图转化关系可知，浸出液中加入石灰浆调节pH值，铁离子转化为Fe（OH）3沉淀析出，红褐色滤渣的主要成分为Fe（OH）3，
故答案为：Fe（OH）3；
②由于硫酸的存在，且酸过量，硝酸全起氧化剂作用，酸为稀溶液，生成硫酸铜、NO、水，反应方程式为3Cu+2HNO3+3H2SO4=3CuSO4+2NO↑+4H2O，
故答案为：3Cu+2HNO3+3H2SO4=3CuSO4+2NO↑+4H2O；
③由表中溶解度关系可知，胆矾溶解度随温度升高增大，而石膏的溶解度随温度升高降低，所以应控制在较高的温度，温度应该控制在100℃，制备的胆矾相对较纯．
故答案为：100℃；
④从溶液中分离出硫酸铜晶体应为将热溶液冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，故答案为：冷却结晶；过滤；
（2）由图a可知，1mol过氧化氢总能量高于1mol水与0.5mol氧气总能量，故过氧化氢分解是放热反应，由图b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，Fe（NO3）3在H2O2分解反应中起催化作用．从图a知H2O2的分解反应为放热反应，从图b也知2NO2?N2O4 反应为放热反应，B瓶中H2O2在Fe（NO3）3催化剂的作用下分解快，相同时间内放热多，因此B瓶所处温度高，2NO2?N2O4 平衡逆向移动，NO2浓度大，颜色变深；
故答案为：深；Fe（NO3）3在H2O2分解反应中起催化作用．从图a知H2O2的分解反应为放热反应，从图b也知2NO2?N2O4 反应为放热反应，B瓶中H2O2在Fe（NO3）3催化剂的作用下分解快，相同时间内放热多，因此B瓶所处温度高，2NO2?N2O4 平衡逆向移动，NO2浓度大，颜色变深．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、阅读题目获取信息能力、物质分离提纯等基本操作、作图能力、化学平衡影响因素分析恒容平衡移动原理的应用等，难度中等，要求学生要有扎实的实验基础知识和灵活应用信息、基础知识解决问题的能力．

练习册系列答案
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A．$\frac{{K}_{W}}{c（{H}^{+}）}$=0.1mol•L-1的溶液中Na+、SiO32-、I-、CO32-
B．2%的氨水中Ag+、K+、F-、NO3-
C．pH=1的溶液中NH4+、Na+、SO42-、C17H35COO-
D．0.1mol•L-1的NaHSO4溶液中K+、Fe2+、Cl-、CrO42-
5．某化学小组通过查阅资料，设计了如图所示的方法以含镍废催化剂为原料来制备NiSO4•7H2O，已知某化工厂的含镍废催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）的单质及氧化物，其他不溶杂质（3.3%）．
部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时的pH如下：
沉淀物开始沉淀时的pH完全沉淀时的pH
Al（OH）33.85.2
Fe（OH）32.73.2
FE（OH）27.69.7
Ni（OH）27.19.2
（1）操作a的名称是过滤．
（2）“碱浸”过程中发生反应的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑、Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O．
（3）操作b为调节溶液的pH，你认为pH的调控范围是3.2-7.1．
（4）溶液a中加入盐酸可制得AlCl3溶液，AlCl3溶液可用于制备聚合氯化铝．聚合氯化铝是一种新型净水剂，其中铝主要以[AlO4Al12（OH）2（H2O）12]2+（用Alb表示）的形式存在．
①写出用溶液a与盐酸反应制备AlCl3的离子方程式：AlO2-+4H+=Al3++2H2O．
②一定条件下，向1.0mol•L-1的AlCl3溶液中加入0.6mol•L-1的NaOH溶液，可制得Alb含量约为86%的聚合氯化铝溶液．写出生成[AlO4Al12（OH）24（H2O）22]2+的离子方程式：13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12（OH）24（H2O）12]7+．
15．工业上常从电解精炼铜的阳极泥中提取硒．硒及其化合物在低温下可被氧化为SeO2，该氧化物极易溶于水形成H2SeO3，因此工业可用“氧化焙烧一碱”法来提取粗硒．流程如下：
（1）向浸出液中通入SO2“还原”得粗硒，写出化学反应方程式H2SeO3+2SO2+H2O=2H2SO4+Se，由此知流程中的H2SO4可循环使用．
（2）粗Se加热时，Se蒸汽在氧气流中被氧化成SeO2，流入冷凝罐形成雪白色的SeO2粉末．在此过程中氧气的作用为氧化剂、载运体．
（3）粗硒中硒含量可用如下方法测定：
①Se+2H2SO4（浓）=2SO2↑+SeO2+2H2O   
②SeO2+4KI+4HNO3=Se+2I2+4KNO3+2H2O
③l2+2Na2S2O3=Na2S4O6+2Nal（已知H2S2O3为弱酸）
通过用Na2S2O3溶液滴定反应中生成的l2来计算硒的含量：Na2S2O3溶液应用碱式（填“酸式”或“碱式”）滴定管量取，实验中要加入淀粉溶液作为指示剂，实验到达终点时现象是最后一滴，蓝色恰好消失且半分钟内不变色．
（4）已知0.1200g粗硒样品，滴定消耗0.2000mol•L-1的溶液30.00ml，则粗硒中硒的质量分数是98.75%．
2．金属切割加工废液中含有2%～5%的亚硝酸钠（NaNO2），为了防止亚硝酸钠污染环境，可以用氯化铵溶液处理废液．亚硝酸钠和氯化铵溶液在加热条件下发生反应，使亚硝酸钠转化为无毒物质．反应分两步进行，亚硝酸钠和氯化铵先反应生成氯化钠和亚硝酸铵，亚硝酸铵再受热分解生成氮气和水．
（1）写出亚硝酸钠和氯化铵反应的化学方程式（两步）：NaNO2+NH4Cl=NaCl+NH4NO2、NH4NO2=N2+2H2O．
（2）第二步反应中，1 mol亚硝酸铵完全分解，共有3mol电子转移．
16．某温度下，将2mol A和1mol B放入一密闭容器中，发生反应：A（g）+B（g）?2C（s）+2D（g），5min后反应达到平衡，测得生成C为0.8mol，下列相关表述正确的是（　　）
A．该反应的化学平衡常数表达式是K=$\frac{{c}^{2}（C）•{c}^{2}（D）}{c（A）•c（B）}$
B．若向平衡体系中加入少量生成物C，则正、逆反应速率均增大
C．增大该体系的压强，A的转化率增大
D．该条件下B的平衡转化率是40%
17．SO2、CO、NOx是对环境影响较大的气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径．请回答下列问题：
（1）已知25℃、101kPa时：
2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H1=-197kJ•mol-1
H2O（g）=H2O（l）△H2=-44kJ•mol-1
2SO2（g）+O2（g）+2H2O（g）=2H2SO4（l）△H3=-545kJ•mol-1
则SO3（g）与H2O（l）反应的热化学方程式是SO3（g）+H2O（l）═2H2S O4（l）△H=-130 kJ/mol．
（2）若反应2H2（g）+O2（g）═2H2O（g ），△H=-241.8kJ•mol-1，根据下表数据．则x=738.2 kJ•mol-1．
化学键H-HO═OO-H
断开1mol化学键所需的能量/kJ436  x463
（3）甲醇汽油也是一种新能源清洁燃料．工业上可用CO和H2制取甲醇，热化学方程式为：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90kJ•mol-1
①该温度下，在两个容积均为1L的密闭容器中，分别发生该反应：
容器甲乙
反应物投入量1mol CO （g）和2mol H2（g）1mol CH3OH（g）
平衡时c（CH3OH）c1c2
平衡时能量变化放出54kJ吸收a kJ
则 c1= c2（填“＞”或“＜”或“=”），a=36．
②若密闭容器容积与①相同，Ⅰ、Ⅱ曲线（图1）分别表示投料比不同时的反应过程． 若Ⅱ反应的n（CO）起始=10mol、投料比为0.5，则：A点的平衡常数KA=0.01，B点的平衡常数KB=KA．（填“＞”或“＜”或“=”）
③为提高CO转化率可采取的措施是减小投料比，降低温度，增大压强，分离出CH3OH等（至少答出两条）．
（4）电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图2所示，则a电极名称为阴极，b电极反应式为NO+2H2O-3e-=NO3-+4H+．

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