题目内容
【题目】金属钒(V)及其化合物有着广泛的用途。请回答以下问题:
(1)钒在溶液中的主要聚合状态与溶液的pH关系如图1所示。V2O74-中V元素的化合价是_____,请写出溶液中VO3-转化为V2O74-的离子方程式:________________________。
(2)“弱碱性铵盐沉钒法”原理是在含有钒元素的溶液中加入铵盐后形成NH4VO3沉淀,图2是在工业生产中不同pH环境下沉钒率的测定值。实际工业生产中常选择pH=7.5为沉钒的最佳条件,当pH超过8.0时沉钒率降低,其原因是溶液中VO3-转化为V2O74-、____________________________________。(请另写出一点原因)
(3)NH4VO3在高温下分解产生的V2O5可作为硫酸工业中2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) △H=p的催化剂,其催化原理如图3所示。
①过程a和过程b的化学方程式为:V2O5(s)+SO2(g)=V2O4(s)+SO3(g) △H = q;V2O4(s)+O2(g)+2SO2(g)=2VOSO4(s) △H = r 请写出过程c的热化学方程式:_________________。
②t2℃下,反应:2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)△H>0;SO3的平衡转化率(a)与体系总压强(p)的关系如图所示。
t℃下,将2molSO3置于10L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10MPa。B点的化学平衡常数的值是__________。
【答案】+5 2VO3-+2OH-V2O74-+H2O pH过大,溶液中的NH4+会转化为NH3·H2O 2VOSO4(s)=V2O5(s)+SO3(g)+SO2(g)△H=p-q-r 0.00125
【解析】
(1)根据离子中化合价代数和等于离子所带电荷计算元素化合价;根据图示,在碱性溶液中VO3-转化为V2O74-;(2)当pH超过8.0时,溶液中VO3-转化为V2O74-、溶液中的NH4+会转化为NH3·H2O,所以导致沉钒率降低;(3)①根据盖斯定律计算过程c的热化学方程;②利用“三段式”计算平衡常数
(1)设V2O74-中V元素的化合价是x,则2x+(-2)7=-4,x=+5,所以V2O74-中V元素的化合价是+5;根据图示,在碱性溶液中VO3-转化为V2O74-,转化的离子方程式是2VO3-+2OH-V2O74-+H2O,故答案为:+5,2VO3-+2OH-V2O74-+H2O;
(2)当pH超过8.0时,溶液中VO3-转化为V2O74-、溶液中的NH4+会转化为NH3·H2O,所以导致沉钒率降低,故答案为:pH过大,溶液中的NH4+会转化为NH3·H2O;
(3)①已知①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H=p
②V2O5(s)+SO2(g)=V2O4(s)+SO3(g)△H=q
③V2O4(s)+O2(g)+2SO2(g)=2VOSO4(g)△H=r
根据盖斯定律,①-②-③得2VOSO4(s)=V2O5(s)+SO3(g)+SO2(g)△H=p-q-r,故答案为:2VOSO4(s)=V2O5(s)+SO3(g)+SO2(g)△H=p-q-r;
根据A点得
A点的平衡常数,A、B温度相同、平衡常数相同,所以B点的平衡常数是0.00125,故答案为:0.00125。
【题目】汽车尾气和燃煤尾气是造成雾霾的主要原因之一。
(1)工业上利用甲烷催化还原NO,可减少氮氧化物的排放。
已知:CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ·mol1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH =-1160kJ·mol1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为____________________________。
(2)减少汽车尾气污染的原理为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH <0。向恒温恒容密闭容器中充入NO和CO,用传感器测得的数据如下表所示:
时间/s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
c(NO)/×10-3mol·L1 | 9.00 | 4.00 | 2.00 | 1.00 | 1.00 |
c(CO)/×10-3mol·L1 | 9.00 | 4.00 | 2.00 | 1.00 | 1.00 |
①为了提高尾气处理的效果,可采取的措施有____________(写出两种即可)。
②此条件下达到平衡时,计算该反应的平衡常数K=____________________。
(3)工业上用氢氧化钠溶液来同时吸收SO2和氮的氧化物气体(NOx),可得到Na2SO3、NaHSO3、NaNO2、NaNO3等溶液。(已知:常温下,HNO2的电离常数为Ka=7×10-4,H2SO3的电离常数为Ka1=1.2×10-2、Ka2=5.8×10-8)。
①常温下,相同浓度的Na2SO3、NaNO2溶液中pH较大的是________溶液。
②常温下,NaHSO3显_________性(填“酸”“碱”或“中”),判断的理由是________________________________________________(通过计算说明)。
(4)铈素(Ce)常见有+3、+4两种价态。NO可以被含Ce4+的溶液吸收,生成NO2-、NO3-(二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO2-转化为无毒物质,同时再生Ce4+,其原理如图所示。
①Ce4+从电解槽的__________(填字母代号)口流出。
②写出阴极的电极反应式______________________。
【题目】正丁醚是一种用途很广的化工产品,毒性和危险性小,是安全性很高的有机溶剂,对许多天然及合成油脂、树脂、橡胶、有机酸酯、生物碱等都有很强的溶解能力,还可作为电子级清洗剂和多种有机合成材料。可通过以下反应原理制取正丁醚:
2CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O
己知相关物质的部分信息如下:
沸点(℃) | 密度(g/cm3) | 溶解度(g) | 相对分子质量 | |
正丁醇 | 117.7 | 0.81 | 7.9 | 74 |
正丁醚 | 142 | 0.77 | 不溶于水 | 130 |
某课外化学学习小组查阅相关资料设计了以下实验步骤合成正丁醚:
①在100 mL两口烧瓶中加入30.0 mL正丁醇、5.0 mL浓硫酸和几粒沸石,充分摇匀。在分水器中加入3.0 mL饱和食盐水,按图甲组装仪器,接通冷凝水;
②反应:在电热套上加热,使瓶内液体微沸,回流反应约1小时。当馏液充满分水器时,打开分水器放出一部分水。当水层不再变化,瓶中反应温度达150 ℃,反应己基本完成,停止加热;
③蒸馏:待反应液冷却后,拆下分水器,将仪器改成蒸馏装置如图丙,再加几粒沸石,蒸馏,收集馏分;
④精制:将馏出液倒入盛有10 mL水的分液漏斗中,充分振摇,静置弃去水液,有机层依次用5 mL水,3 mL 5% NaOH溶液、3 mL水和3 mL饱和氯化钙溶液洗涤,分去水层,将产物放入洁净干燥的小锥形瓶中,然后加入0.2~0.4 9无水氯化钙,再将液体转入装置丙中进行蒸馏,收集到馏分9.0 mL。
甲. 乙. 丙.
请根据以上操作回答下列问题:
(1)制备正丁醚的反应类型是___,仪器d的名称是____。
(2)在步骤①中添加试剂的顺序是____。相比装置乙,装置甲的优点是 ___。
(3)在步骤②中采用电热套加热而不采用酒精灯直接加热的原因可能是____。
(4)在步骤③中收集馏分适宜的温度范围为____(填正确答案标号)。
A.115℃~ll9℃ B.140℃~144℃ C. 148℃~152℃
(5)在精制中,有机层在____层(填“上”或“下”),加入无水氯化钙的作用是____。
(6)本小组实验后所得正丁醚的产率约为 ___%(计算结果保留一位小数)。