题目内容
(19分)钒有金属“维生素”之称,研究发现钒的某些化合物对治疗糖尿病有很好的疗效。
工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2、CuO杂质除去并回收得到V2O5的流程如下:
请回答下列问题:
(1)步骤②、③的变化过程可表示为(HM为有机萃取剂):
VOSO4 (水层)+ 2HM(有机层) VOM2(有机层) + H2SO4 (水层)
步骤②中萃取时必须加入适量碱,其原因是 。
步骤③中X试剂为 。
(2)步骤④的离子方程式为
(3)该工艺流程中,可以循环利用的物质有 和 。
(4)操作Ⅰ得到的废渣,用 溶解,充分反应后, ,(填写系列操作名称)称量得到mg氧化铜。
(5)为了制得氨水,甲、乙两小组选择了不同方法制取氨气,请将实验装置的字母编号和制备原理填写在下表空格中。
| 实验装置 | 实验药品 | 制备原理 |
甲小组 | A | 氢氧化钙、氯化铵 | 反应的化学方程式为① |
乙小组 | ② | 浓氨水、氢氧化钠固体 | 分析产生氨气的原因③ |
(1)加入碱中和硫酸,促使平衡正向移动,提高钒的萃取率(2分);H2SO4(2分)
(2)ClO3-+6VO2++9H2O= Cl-+6VO3-+18H+(3分)
(3)氨气(或氨水)(1分);有机萃取剂(1分)
(4) 氢氧化钠溶液(1分) 过滤、洗涤、干燥(2分)
(5)① 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑。(2分)② B (2分)
③氢氧化钠溶于水放出大量热,温度升高,使氨的溶解度减小而放出;氧氧化钠吸水,促使氨放出;氢氧化钠电离出的OH-增大了氨水中OH-浓度,促使氨水电离平衡左移,导致氨气放出。 (3分)
解析试题分析:(1)根据题意知,步骤②、③的变化过程可表示为(HM为有机萃取剂):
VOSO4 (水层)+ 2HM(有机层) VOM2(有机层) + H2SO4 (水层) ,萃取过程该平衡正向移动,反萃取过程该平衡逆向移动;步骤②中萃取时必须加入适量碱,其原因是加入碱中和硫酸,促使平衡正向移动,提高钒的萃取率。步骤③中X试剂为H2SO4。(2)根据题给流程图知,步骤④为ClO3-将6VO2+氧化为VO3-,根据氧化还原方程式及离子方程式的书写原则写出该反应的离子方程式为ClO3-+6VO2++9H2O= Cl-+6VO3-+18H+。(3)由题给工艺流程知,可以循环利用的物质有氨气(或氨水)和有机萃取剂。(4)操作Ⅰ为溶解操作,二氧化硅和氧化铜不溶于水,得到的废渣为二氧化硅和氧化铜的混合物,二氧化硅为酸性氧化物,氧化铜为碱性氧化物,故用氢氧化钠溶液溶解,充分反应后,过滤、洗涤、干燥,称量得到mg氧化铜。(5)甲小组为氢氧化钙和氯化铵固体共热生成氯化钙、氨气和水,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑;乙小组用浓氨水和氢氧化钠固体不加热制氨气,应选B装置;产生氨气的原因为氢氧化钠溶于水放出大量热,温度升高,使氨的溶解度减小而放出;氧氧化钠吸水,促使氨放出;氢氧化钠电离出的OH-增大了氨水中OH-浓度,促使氨水电离平衡左移,导致氨气放出。
考点:以工业上将VOSO4中的K2SO4、SiO2、CuO杂质除去并回收得到V2O5的流程为载体考查化学平衡移动原理、物质的分离和提纯、氨气的制备及相关反应方程式的书写。
(16分)高铁酸钠(Na2FeO4)具有很强的氧化性,广泛应用于净水、电池工业等领域。以粗FeO(含有CuO、Al2O3和SiO2等杂质)制备高铁酸钠的生产流程如下,回答下列问题:
已知:NaClO不稳定,受热易分解。
(1)粗FeO酸溶过程中通入水蒸气(高温),其目的是__________________________。
(2)操作I目的是得到高纯度FeSO4溶液,则氧化I中反应的离子方程式为_________。
(3)本工艺中需要高浓度NaClO溶液,可用Cl2与NaOH溶液反应制备
①Cl2与NaOH溶液反应的离子方程式为_________________。
②在不同温度下进行该反应,反应相同一段时间后,测得生成NaClO浓度如下:
温度/℃ | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
NaClO浓度/mol·L-1 | 4.6 | 5.2 | 5.4 | 5.5 | 4.5 | 3.5 | 2 |
其原因为____________________________________________________________________。
(4)工业也常用电解法制备Na2FeO4,其原理为Fe+2OH-+2H2O电解FeO42-+3H2↑。请用下列材料设计电解池并在答题卡的方框内画出该装置。
可选材料:铁片、铜片、碳棒、浓NaOH溶液、浓HCl等
其阳极反应式为:________________________________。
硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位。请回答硫酸工业中的如下问题:
(1)若从下列四个城市中选择一处新建一座硫酸厂,你认为厂址宜选在 郊
区(填标号);
A.有丰富黄铁矿资源的城市 | B.风光秀丽的旅游城市 |
C.消耗硫酸甚多的工业城市 | D.人口稠密的文化、商业中心城市 |
该反应的化学方程式为 。
(3)为提高SO3吸收率,实际生产中通常用 吸收SO3。
(4)已知反应2SO2+O2SO3 △H <0,现将0.050mol SO2和0.030mol O2
充入容积为1L的密闭容器中,反应在一定条件下达到平衡,测得反应后容器压
强缩小到原来压强的75%,则该条件下SO2的转化率为________;该条件下的
平衡常数为__________。
(5)由硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4(由CuO与SO3在
沸腾炉中化合而成),其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化(见下表)
沸腾炉温度/℃ | 600 | 620 | 640 | 660 |
炉渣中CuSO4的质量分数/% | 9.3 | 9.2 | 9.0 | 8.4 |
温度升高而降低的原因 。
(6)在硫酸工业尾气中,SO2是主要大气污染物,必须进行净化处理,处理方
法可用 (填名称)吸收,然后再用硫酸处理,重新生成SO2和一种生产
水泥的辅料,写出这两步反应的化学方程式 。
碳及其化合物有广泛的用途。
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气。反应为:
C(s)+ H2O(g) CO(g) +H2(g) ΔH=" +131.3" kJ?mol-1,以上反应达到平衡后,在体积不变的条件下,以下措施有利于提高H2O的平衡转化率的是 。(填序号)
A.升高温度 | B.增加碳的用量 | C.加入催化剂 | D.用CO吸收剂除去CO |
则CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的焓变△H=
(3)CO与H2在一定条件下可反应生成甲醇,CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。甲醇是一种燃料,可利用甲醇设计一个燃料电池,用稀硫酸作电解质溶液,多孔石墨做电极,该电池负极反应式为: 。
若用该电池提供的电能电解60mL NaCl溶液,设有0.01molCH3OH完全放电,NaCl足量,且电解产生的Cl2全部溢出,电解前后忽略溶液体积的变化,则电解结束后所得溶液的pH=
(4)将一定量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2.0L的恒容密闭容器中,发生以下反应:
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),得到如下数据:
温度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol[学科 | 达到平衡所x需时间/min | ||
H2O | CO | H2 | CO | ||
900 | 1.0 | 2.0 | 0.4 | 1.6 | 3.0 |
通过计算求出该反应的平衡常数(结果保留两位有效数字) 。
改变反应的某一条件,反应进行到tmin时,测得混合气体中CO2的物质的量为0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液将其完全吸收,反应的离子方程式为(用一个离子方程式表示) 。
(5)工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H2用于合成氨。合成氨反应原理为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4kJ?mol-1。实验室模拟化工生产,分别在不同实验条件下反应,N2浓度随时间变化如下图。
不同实验条件下反应,N2浓度随时间变化如下图1。
图1 图2
请回答下列问题:
①与实验Ⅰ比较,实验Ⅱ改变的条件为 。
②实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高,其它条件相同,请在上图2中画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中NH3浓度随时间变化的示意图。