题目内容
【题目】工业上常用水钴矿(主要成分为Co2O3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO等杂质)制备钴的氧化物,其制备工艺流程如下(已知Na2SO3能还原Fe3+和Co3+):
回答下列问题:
(1)在加入盐酸进行“酸浸”时,能提高“酸浸”速率的方法有______________(任写2种)。
(2)“酸浸”后加入Na2SO3钴的存在形式为Co2+,产生Co2+反应的离子方程式为________
(3)溶液a中加入NaClO的作用是___________________________________
(4)沉淀a的成分是__________(写化学式),操作2的名称是_______________
(5)溶液d中的金属离子只有Co2+和Na+两种,则溶液c中加入NaF溶液的作用是________
(6)在空气中缎烧CoC2O4生成钴的某种氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为12.05g,CO2的体积为6.72L(标准状况),则此反应的化学方程式为____________________________
【答案】将水钴矿石粉碎 ;充分搅拌;适当增加盐酸浓度;提高酸浸温度等 将溶液中Fe2+氧化成Fe3+ Fe(OH)3、Al(OH)3 过滤 使Mg2+、Ca2+转化为难溶于水的MgF2、CaF2沉淀除去 3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2
【解析】
水钴矿中加入盐酸,可得CoCl3、FeCl3、AlCl3、MnCl2、MgCl2、CaCl2,浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等,则加入的Na2SO3将Co3+、Fe3+还原为Co2+、Fe2+;加入NaClO将Fe2+氧化为Fe3+,溶液b中阳离子有Co2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+,加入碳酸氢钠,Fe3+、Al3+与碳酸氢根离子发生相互促进的水解反应分别生成Fe(OH)3、Al(OH)3,故沉淀A的主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3;溶液c中含有Co2+、Mg2+、Ca2+,加入NaF,Mg2+、Ca2+转化成MgF2、CaF2沉淀,溶液d中含有Co2+,溶液d中加入草酸铵过滤得到CoC2O4晶体,最后煅烧得到钴的氧化物,据此分析作答。
(1)“酸浸”时为固体与液体的反应,根据外界条件对化学反应速率的影响,在加入盐酸进行“酸浸”时,能够提高“酸浸”速率的方法有:将水钴矿石粉碎,增大接触面积;充分搅拌;适当增加盐酸的浓度;适当提高酸浸的温度等,故答案为:将水钴矿石粉碎;充分搅拌;适当增加盐酸浓度;提高酸浸温度等。
(2)酸浸时水钴矿中的Co2O3、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO溶解转化为CoCl3、FeCl3、AlCl3、MgCl2、CaCl2;加入Na2SO3,钴的存在形式为Co2+,Co3+被还原为Co2+,则SO32-被氧化成SO42-,产生Co2+的反应可表示为:SO32-+Co3+→Co2++SO42-,根据得失电子守恒配平为:SO32-+2Co3+→2Co2++SO42-,根据溶液呈酸性和电荷守恒,生成Co2+的离子方程式为SO32-+2Co3++H2O=2Co2++SO42-+2H+;
(3)加入Na2SO3还会将Fe3+还原为Fe2+,反应的离子方程式为SO32-+2Fe3++H2O=2Fe2++SO42-+2H+;溶液a中含有Co2+、Fe2+、Al3+、Mg2+、Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等,向溶液a中加入NaClO,NaClO具有强氧化性,将Fe2+氧化成Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2++ClO-+2H+=2Fe3++Cl-+H2O,故答案为:将溶液中Fe2+氧化成Fe3+;
(4)加入NaClO溶液后得到的溶液b中含有Co2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等;向溶液b中加入NaHCO3调节溶液的pH,使Fe3+、Al3+转化为氢氧化物沉淀而除去,沉淀A的成分为Fe(OH)3、Al(OH)3;溶液c中含有Co2+、Mg2+、Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等,向溶液c中加入NaF,Mg2+、Ca2转化为难溶于水的MgF2、CaF2沉淀,操作2的名称为过滤,故答案为:Fe(OH)3、Al(OH)3;过滤;
(5)根据(4)的分析,溶液c中加入NaF溶液的作用是使Mg2+、Ca2+转化为难溶于水的MgF2、CaF2沉淀除去,故答案为:使Mg2+、Ca2+转化为难溶于水的MgF2、CaF2沉淀除去;
(6)n(CO2)==0.3mol,根据C守恒,n(CoC2O4)=0.15mol,根据Co守恒,n(Co)=0.15mol,所得钴的氧化物中n(O)==0.2mol,n(Co):n(O)=0.15mol:0.2mol=3:4,生成的钴的氧化物的化学式为Co3O4,在空气中煅烧CoC2O4的化学方程式为3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。
【题目】在氮及其化合物的化工生产中,对有关反应的反应原理进行研究有着重要意义。
(1)t℃时,关于N2、NH3的两个反应的信息如下表所示:
化学反应 | 正反应活化能 | 逆反应活化能 | t℃时平衡常数 |
N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H>0 | a kJ/mol | b kJ/mol | K1 |
4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H<0 | c kJ/mol | d kJ/mol | K2 |
请写出t℃时氨气被一氧化氮氧化生成无毒气体的热化学方程式:______________________,t℃时该反应的平衡常数为__________ (用K1和K2表示)。
(2)工业合成氨的原理为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)下图甲表示在一定体积的密闭容器中反应时,H2的物质的量浓度随时间的变化。图乙表示在其他条件不变的情况下,起始投料H2与N2的物质的量之比(设为x)与平衡时NH3的物质的量分数的关系。
①图甲中0~t1 min内,v(N2)=_____mol·L-1·min-1;b点的v(H2)正_____a点的v(H2)逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
②己知某温度下该反应达平衡时各物质均为1 mol,容器体积为1L,保持温度和压强不变,又充入3 mol N2后,平衡________(填“向右移动”“向左移动”或“不移动”)。
(3)①科学家研究出以尿素为动力的燃料电池新技术。用这种电池可直接去除城市废水中的尿素,既能产生净化的水,又能发电。尿素燃料电池结构如图所示,写出负极电极反应式:________________________________________________。
②理论上电池工作时,每消耗标准状况下2.24 L O2时,可产生的电量为________ (法拉第常数为96500C/ mol)。