题目内容
【题目】五氧化二钒(V2O5)在冶金、搪瓷、磁性材料等领域具有重要的应用。实验室以含钒废料(含有V2O3、CuO、MnO、SiO2、有机物)为原料制备V2O5的工艺流程如图所示。
已知:Ⅰ.含钒离子在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如下表所示。
pH | 4~6 | 6~8 | 8~10 | 10~12 |
主要存在形式 | VO2+ | VO3- | V2O74- | VO43- |
Ⅱ.25℃时,部分难溶电解质的溶度积常数如下表所示。
难溶电解质 | Cu(OH)2 | Mn(OH)2 |
溶度积常数(Ksp) | 4.8×10-20 | 4×10-14 |
Ⅲ.25℃时,NH4VO3的溶解度为0.4gL-1;70℃时,NH4VO3的溶解度为63gL-1。
请回答下列问题:
(1)“焙烧”的目的是___。
(2)滤渣1的用途为___(任写一种)。
(3)“调pH”的目的除了使Cu2+沉淀完全外,还有___;调节pH为7时,Cu2+是否沉淀完全?___。(写出计算过程,当溶液中离子浓度小于10-5molL-1时,认为该离子沉淀完全)
(4)“沉锰”时,需将温度控制在70℃左右,温度不能过高或过低的原因为___。
(5)“浓缩结晶”后,需对所得NH4VO3进行洗涤、干燥。洗涤剂宜选用___;证明NH4VO3已洗涤干净的实验操作及现象为___。
(6)“煅烧”时,生成无污染性气体,该反应的化学方程式为___。
【答案】除去有机物杂质,并将V2O3氧化为V2O5 制作光导纤维、制作玻璃、制取硅胶、制取硅单质等 使含钒离子以VO3-形式存在 调节pH为7时,溶液中c(Cu2+)==
molL-1=4.8×10-6molL-1<10-5molL-1,Cu2+沉淀完全 温度过低时,反应速率较慢,NH4VO3可能提前结晶析出,导致产率较低;温度过高时,NH4HCO3分解使原料的利用率降低,并导致环境污染 冷水(或酒精溶液) 取少量最后一次洗涤液于洁净试管中,滴加BaCl2溶液,若无明显现象,则证明NH4VO3已洗涤干净 4NH4VO3+3O2
2V2O5+2N2+8H2O
【解析】
含钒废料(含V2O3、CuO、MnO、SiO2、A12O3、有机物)焙烧,可除去有机物,将V2O3氧化为V2O5,加入硫酸酸溶,得到滤渣1为SiO2,滤液调节pH可生成氢氧化铝、氢氧化铜沉淀,过滤后滤液加入碳酸氢铵,可生成碳酸锰沉淀,滤液加入过量硫酸铵,浓缩、结晶,可得到NH4VO3,煅烧可生成V2O5,以此解答该题。
根据流程图中的信息可知“焙烧”的目的是除去有机物杂质,并将
氧化为
;
所得焙烧产物加入稀硫酸后,只有
与稀硫酸不反应,所以滤渣1是
,其用途为制作光导纤维、制作玻璃、制取硅胶、制取硅单质等;
“调pH”的目的除了使Cu2+沉淀完全外,还有使含钒离子以
形式存在,调节pH为7时,溶液中
,Cu2+沉淀完全;
“沉锰”时,需将温度控制在
左右,温度不能过高或过低的原因为温度过低时,反应速率较慢,
可能提前结晶析出,导致产率较低;温度过高时,
分解使原料的利用率降低,并导致环境污染;
浓缩结晶后,需对所得
进行洗涤、干燥,根据题目提供信息可知
的溶解度随温度升高会增大,为减小其溶解,可以选择冷水或酒精溶液来洗涤;证明
已洗涤干净的实验操作及现象为:取少量最后一次洗涤液于洁净试管中,滴加
溶液,若无明显现象,则证明
已洗涤干净,;
煅烧”
时,生成的无污染性气体为氮气,结合电子守恒和元素守恒可知发生反应的化学方程式为
。

【题目】近年来雾霾天气经常出现,研究雾霾成因和治理是当前环保的重要话题。汽车尾气和燃煤是造成空气污染的原因之一。因此研究氮氧化物的反应机理,对消除和防治环境污染有重要意义。
(1)①对于2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-665kJ/mol的反应分三步完成:
a:2NO(g)=N2O2(g)(快)
b:N2O2(g)+H2(g)=N2O(g)+H2O(g)(慢)
c:N2O(g)+H2(g)=N2(g)+H2O(g)(快)
决定此总反应速率的是第步的反应___(填序号)。
②已知:H2(g)+CO2(g)=H2O(g)+CO(g) △H=+41kJ/mol
汽车尾气的净化原理主要是用催化剂把NO与CO反应转化为两种对大气无污染的气体,试写出该反应的热化学方程式:___。
(2)升高温度能让绝大多数的化学反应加快反应速率,但是研究发现2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H<0存在一些特殊现象。现有某化学小组通过实验测得不同温度下该反应速率常数k(代表反应速率的一个常数)的数值如表:
T(K) | k | T(K) | k | T(K) | k |
143 | 1.48×105 | 273 | 1.04×104 | 514 | 3.00×103 |
195 | 2.58×104 | 333 | 5.50×103 | 613 | 2.80×103 |
254 | 1.30×104 | 414 | 4.00×103 | 663 | 2.50×103 |
由实验数据测到v正与c(O2)的关系如图1所示,当x点升高到某一温度时,反应重新达到平衡,则变为相应的点为___点(填字母),并解析原因:
①___
②___
(3)NOx的排放主要来自于汽车尾气,包含NO2和NO,有人得出用活性炭对NOx进行吸收,发生如下反应:
反应a:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=-34.0kJ/mol
反应b:2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-64.2kJ/mol
对于反应a,在T1℃时,借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如表:
时间(min) 浓度(mol/L) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
NO | 1.00 | 0.58 | 0.40 | 0.40 | 0.48 | 0.48 |
N2 | 0 | 0.21 | 0.30 | 0.30 | 0.36 | 0.36 |
①010min内,NO的平均反应速率v(NO)=___,当升高反应温度,该反应的平衡常数K___(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡;根据上表中的数据判断改变的条件可能是___(填字母)。
a.加入一定量的活性炭 b.通入一定量的NO
c.适当缩小容器的体积 d.加入合适的催化剂
(4)实验室模拟反应2C(s)+2NO2(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-64.2kJ/mol,在密闭容器中加入一定量的碳和NO2,维持温度是T2℃,如图2为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。
①请从动力学角度分析,1050kPa前,反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因___;
②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp);在T2℃、1.1×106Pa时,该反应的化学平衡常数___(用计算表达式表示,不必化简);已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。