题目内容
高炉炼铁是冶炼铁的主要方法。
(1)从炼铁高炉口排出的尾气中含有一定量的有毒气体 (填化学式),会污染空气。100多年前,人们曾耗巨资改建高炉,结果尾气中的该物质含量并未减少。高炉炼铁的主要反应方程式为(设铁矿石用磁铁矿) 。
(2)已知:①4Fe(s) + 3O2=2Fe2O3(s) ΔH1
②4Fe3O4(s)+O2(g)=6Fe2O3(s) ΔH2
③3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s) ΔH3
则ΔH2= (用含上述ΔH的代数式表示)。
(3)高铁酸钠(Na2FeO4)是铁的一种重要化合物,可用电解法制备,阳极材料为铁,其电解质溶液应选用_______ (填H2SO4、HNO3、KOH、NaOH、Na2SO4)溶液,原因是_____________,阳极反应式为_________________。
(4)某温度下,HX的电离平衡常数K为1×10-5。计算该温度下0.100mol/L的HX溶液的 H+浓度。(平衡时HX的浓度以0.100mol/L计,水的电离忽略不计,写出计算过程。)
(16分)
(1)CO(2分) Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g) (写等号扣1分,不标状态不扣分)(2分)
(2)3ΔH1-4ΔH3 (2分)
(3)NaOH(2分) 酸性条件会反应,KOH会引进K元素杂质(合理也给分)(2分)
Fe-6e-+ 8OH-= FeO42-+ 4H2O (2分)
(4) HX X- + H+
初始浓度/ mol·L-1: 0.100 0 0
变化浓度/ mol·L-1: a a a
平衡浓度/ mol·L-1: 0.100 a a (1分)
K= ==1×10-5 ∴a≈1×10-3(1+1+1分)
(K的表达式正确得1分,算式正确得1分,计算结果正确得1分)。
解析试题分析:(1)高炉炼铁原理为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,为了提高氧化铁的利用率及,一氧化碳一定过量,则尾气中含有的有毒气体是CO;产生上述现象的原因是高炉炼铁是可逆反应,则用磁铁矿为原料炼铁的原理为Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g);(2)为了约去Fe(s),观察3个热化学方程式,发现①×3—③×4=②,则②的焓变等于①的焓变×3—③的焓变×4,即ΔH2=3ΔH1-4ΔH3;(3)阳极的主要反应物和产物是铁和高铁酸根离子,即Fe→FeO42—;铁元素由0价升为+6价,升高总数为6,则失去6个电子,则Fe—6e—→FeO42—;由于铁单质与酸能直接反应,因此不能选择酸作电解质溶液,也不能用氢离子使左右电荷守恒,只能选碱作电解质溶液,但不能选择KOH,否则引入钾离子等杂质,根据电荷守恒,则Fe—6e—+ 8OH-→FeO42—;根据氢、氧原子个数守恒,则阳极反应式为Fe-6e-+ 8OH-= FeO42-+ 4H2O;(4)依题意,该反应体系中各组分(起始、变化、平衡)浓度可以推导,则
HX X- + H+
初始浓度/ mol·L-1 0.100 0 0
变化浓度/ mol·L-1 a a a
平衡浓度/ mol·L-1 0.100—a≈0.100 a a
K= ==1×10-5 ∴a≈1×10-3
考点:考查化学反应原理等,涉及高炉炼铁原理及尾气成分推导、可逆反应、盖斯定律、电解原理的应用、电解质溶液的选择及原因、阳极反应式、化学平衡常数的有关计算过程等。
乙醇汽油含氧量达35%,使燃料燃烧更加充分,使用车用乙醇汽油,尾气排放的CO
和碳氢化合物平均减少30%以上,有效的降低和减少了有害的尾气排放。但是汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,对NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。NOx排入空气中,形成酸雨,造成空气污染。NOx中有一种红棕色气体,其溶于水的方程式是 。
(2)已知NO2和N2O4的结构式分别是 和 。
物质 | NO2 | N2O4 | |
化学键 | N=O | N—N | N=O |
键能(kJ/mol) | 466 | 167 | 438 |
(3)研究人员在汽车尾气系统中装置催化转化剂,可有效降低NOx的排放。
①写出用CO还原NO生成N2的化学方程式 。
②在实验室中模仿此反应,在一定条件下的密闭容器中,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况和n (NO)/n(CO)比例变化情况如下图。
为达到NO转化为N2的最佳转化率,应该选用的温度和n(NO)/n(CO)比例分别为 、 ;该反应的?H 0(填“>”、“<”或“=”)。
(4)用 CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物生成无污染的物质。CH4与NO 发生反应的化学方程式为 。
常温下钛的化学活性很小,在较高温度下可与多种物质反应。
(1)工业上由金红石(含TiO2大于96%)为原料生产钛的流程如下:
① 沸腾氯化炉中发生的主要反应为: 。
②已知:Ti(s) +2Cl2(g)=TiCl4(l) ΔH=a kJ·mol-1;
2Na(s) +Cl2(g)=2NaCl(s) ΔH=b kJ·mol-1;
Na(s)=Na(l) ΔH=c kJ·mol-1;
则TiCl4(l) +4Na(l)=Ti(s) +4NaCl(s) ΔH= kJ·mol-1。
③ TiCl4遇水强烈水解,写出其水解的化学方程式 。
(2)TiO2直接电解法生产钛是一种较先进的方法,电解质为熔融的氯化钙,原理如图所示,二氧化钛电极连接电 极,该极电极反应为: 。但此法会产生有毒气体,为减少对环境的污染,在电池中加入固体氧离子隔膜(氧离子能顺利通过),将两极产物隔开,再将石墨改为金属陶瓷电极,并通入一种还原性气体,该气体是 。
(3)海绵钛可用碘提纯,原理为:,下列说法正确的是 。
A.该反应正反应的ΔH>0 |
B.在不同温度区域,TiI4的量保持不变 |
C.在提纯过程中,I2 的作用是将粗钛从低温区转移到高温区 |
D.在提纯过程中,I2 可循环利用 |