题目内容
【题目】从古至今,铁及其化合物在人类生产生活中的作用发生了巨大改变。
(1)古代中国四大发明之一的指南针是由天然磁石制成的,其主要成分是____(填字母序号)。
a.Fe b.FeO c.Fe3O4 d.Fe2O3
(2)硫酸渣的主要化学成分为:SiO2约45%,Fe2O3约40%,Al2O3约10%,MgO约5%。用该废渣制取药用辅料红氧化铁的工艺流程如下(部分操作和条件略):
①在步骤Ⅰ中产生的有毒气体可能有_____________________。
②在步骤Ⅲ操作中,要除去的离子之一为Al3+。若常温时Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-32,此时理论上将Al3+ 沉淀完全,则溶液的pH为_________。(c(Al3+)≤1.0×10-5mol/L 视为Al3+沉淀完全)
③步骤Ⅳ中,生成FeCO3的离子方程式是____________________________。
(3)氯化铁溶液称为化学试剂中的“多面手”。向氯化铜和氯化铁的混合溶液中加入氧化铜粉末会产生沉淀,写出该沉淀的化学式______________。请用平衡移动的原理,结合必要的离子方程式,对此现象作出解释:__________________________________________________________。
(4)①古老而神奇的蓝色染料普鲁士蓝的合成方法如下:
复分解反应Ⅱ的离子方程式是____________________________________________。
②如今基于普鲁士蓝合成原理可检测食品中是否含CN-,方案如下:
若试纸交蓝则证明食品中含有CN-,请解释检测时试纸中FeSO4的作用:____________。
【答案】c CO、SO2等 5 Fe2++2HCO3=FeCO3↓+2CO2↑+H2O Fe(OH)3 Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+,加入CuO与H+反应生成Cu2+和H2O,降低了H+浓度,使得水解平衡正向移动,生成Fe(OH)3沉淀; 3[Fe(CN)6]4+4Fe3+=Fe4[Fe(CN)6]3↓ 碱性条件下,Fe2+与CN结合生成[Fe(CN)6]4,Fe2+被空气中O2氧化生成Fe3+,[Fe(CN)6]4与Fe3+反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色。
【解析】
根据物质的制备原理分析解答;根据物质的分离和提纯原理分析解答;根据沉淀溶解平衡原理进行溶度积的相关计算。
(1)古代中国四大发明之一的指南针是由天然磁石制成的,磁铁成分主要是四氧化三铁;
故答案为:c;
(2)①加入煤炭在空气中“还原焙烧”时产生的有毒气体可能有CO、SO2等;
故答案为:CO、SO2等;
②常温时Ksp[Al(OH)3]=1.0×1032,理论上将Al3+沉淀完全,根据Ksp=c(Al3+)·c3(OH)=1.0×1032,即c(OH)==10-9mol/L,则c(H+)==10-5mol/L,即pH=5;
故答案为:5;
③亚铁离子和碳酸氢根离子发生双水解生成FeCO3,离子方程式为:Fe2++2HCO3=FeCO3↓+2CO2↑+H2O;
故答案为:Fe2++2HCO3=FeCO3↓+2CO2↑+H2O;
(3)因为Fe3+会水解产生较多的H+,离子方程式为:Fe3++3H2OFe(OH)3↓ +3H+,加入CuO与H+反应生成Cu2+和H2O,降低了H+浓度,使得水解平衡正向移动,生成Fe(OH)3沉淀;
故答案为:Fe(OH)3,Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+,加入CuO与H+反应生成Cu2+和H2O,降低了H+浓度,使得水解平衡正向移动,生成Fe(OH)3沉淀;
(4)①由流程图可知,复分解反应ii的离子方程式为:3[Fe(CN)6]4+4Fe3+=Fe4[Fe(CN)6]3↓;
故答案为:3[Fe(CN)6]4+4Fe3+=Fe4[Fe(CN)6]3↓;
②基于普鲁士蓝合成原理可检测食品中CN,碱性条件下,Fe2+与CN结合生成[Fe(CN)6]4,Fe2+被空气中O2氧化生成Fe3+,[Fe(CN)6]4 与Fe3+反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色,
故答案为:碱性条件下,Fe2+与CN结合生成[Fe(CN)6]4,Fe2+被空气中O2氧化生成Fe3+,[Fe(CN)6]4与Fe3+反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色。
【题目】以高纯H2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点,但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命。
(1)以甲醇为原料制取高纯H2是重要研究方向。甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应:
主反应:CH3OH(g) + H2O(g) ==CO2(g) + 3H2(g) △H = +49 kJmol-1
副反应:H2(g) + CO2(g) ==CO(g) + H2O(g) △H=+41 kJmol-1
①甲醇蒸气在催化剂作用下裂解可得到H2和CO,则该反应的热化学方程式为_________________,既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是_________________。
②分析适当增大水醇比对甲醇水蒸气重整制氢的好处是_______________。
③某温度下,将n(H2O)∶n(CH3OH) = 1∶1的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为P1,反应达平衡时总压强为P2,则平衡时甲醇的转化率为____________(忽略副反应)。
(2)工业上用CH4与水蒸气在一定条件下制取H2,原理为:CH4(g) + H2O(g)=CO(g) + 3H2(g) ΔH = + 203 kJmol-1
①该反应逆反应速率表达式为:v逆=kc(CO) c3(H2),k 为速率常数,在某温度下测得实验数据如表:
CO浓度(molL-1) | H2浓度(molL-1) | 逆反应速率(molL-1min-1) |
0.05 | c1 | 4.8 |
c2 | c1 | 19.2 |
c2 | 0.15 | 8.1 |
由上述数据可得该温度下,该反应的逆反应速率常数 k为_________L3mol-3min-1。
②在体积为3 L的密闭容器中通入物质的量均为3 mol的CH4和水蒸气,在一定条件下发生上述反应,测得平衡时H2的体积分数与温度及压强的关系如图所示:则压强Pl_______P2(填“大于”或“小于”);N点v正_______M点v逆(填“大于”或“小于”);求Q点对应温度下该反应的平衡常数K=________。平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO,平衡_______移动(填“正反应方向”或“逆反应方向”或“不”)。
【题目】请按要求填空:
(1)Mg是第3周期元素,该周期部分元素氟化物的熔点见下表:
氟化物 | NaF | MgF2 | SiF4 |
熔点/K | 1266 | 1534 | 183 |
①解释表中氟化物熔点差异的原因:
a._________________________________________________。
b.__________________________________。
②硅在一定条件下可以与Cl2反应生成SiCl4,试判断SiCl4的沸点比CCl4的________(填“高”或“低”),理由__________________________________。
(2)下列物质变化,只与范德华力有关的是_________
a.干冰熔化 b.乙酸汽化
c.石英熔融 d.HCONHCH3CH3溶于水
e.碘溶于四氯化碳
(3)C,N元素形成的新材料具有如下图所示结构, 该晶体的化学式为:_______________。该晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石,其原因是________________________。
(4)FeCl3常温下为固体,熔点282 ℃,沸点315 ℃,在300 ℃以上升华。易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断FeCl3的晶体类型为_________________。
(5)氮化碳和氮化硅晶体结构相似,是新型的非金属高温陶瓷材料,它们的硬度大,熔点高、化学性质稳定。
①氮化硅的硬度________(“大于”或“小于”)氮化碳的硬度,原因是________________。
②下列物质熔化时所克服的微粒间的作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间的作用力相同的是_________。
a.单质I2和晶体硅 b.冰和干冰
c.碳化硅和二氧化硅 d.石墨和氧化镁
③已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连,同时每个原子都满足8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式________。
(6)第ⅢA,ⅤA元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与单晶硅相似。在GaN晶体中,每个Ga原子与______个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为________。在四大晶体类型中,GaN属于_______晶体。
【题目】镍与VA族元素形成的化合物是重要的半导体材料,应用最广泛的是砷化镓(GaAs),回答下列问题:
(1)基态Ga原子的核外电子排布式为_____,基态As原子核外有_________个未成对电子。
(2)镓失去电子的逐级电离能(单位:kJ·mol-1)的数值依次为577、1984.5、2961.8、6192由此可推知镓的主要化合价为____和+3。砷的电负性比镍____(填“大”或“小”)。
(3)比较下列镓的卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因:________________________。
镓的卤化物 | GaCl3 | GaBr3 | GaI3 |
熔点/℃ | 77.75 | 122.3 | 211.5 |
沸点/℃ | 201.2 | 279 | 346 |
GaF3的熔点超过1000 ℃,可能的原因___________________________________________。
(4)二水合草酸镓的结构如图所示,其中镓原子的配位数为______,草酸根中碳原子的杂化方式为______________。
(5)砷化镓熔点为1238℃,立方晶胞结构如图所示,晶胞参数为a=565 pm。该晶体的类型为_________,晶体的密度为___________(设NA为阿伏加德罗常数的数值,列出算式即可)g·cm-3。
【题目】五氧化二钒及其他钒的化合物广泛应用于钢铁、有色合金、化工、炼油、玻璃及陶瓷等工业部门。可从含钒石煤灰渣中提钒,该试验工艺流程如下图:
表1 灰渣主要化学成分分析/%
V2O3 | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | MgO | K2O | CaO | 烧失量 |
1.26 | 55.71 | 6.34 | 7.54 | 1.26 | 3.19 | 1.41 | 20.55 |
表2中间盐主要成分分析/%(以氧化物形式表示其含量)
V2O3 | Al2O3 | Fe2O3 | MgO | K2O |
5.92 | 1.70 | 18.63 | 2.11 | 3.38 |
已知:
①石煤灰渣的化学成分分析见表1,中间盐的主要成分分析见表2。
②矿物焙烧过程中,若温度过高,易发生烧结,温度越高,烧结现象越严重。
③萃取反应可以表示为:VO2++(HR2)PO4(o)→VO[R2PO4]R(o)+H+,(o)表示有机相
④有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V02+要强。
请回答:
(1)提高浸取率的方法有____________,残渣的主要成分为______________________,
(2)经几级萃取后,有时候要适当加酸调整pH值,结合萃取反应方程式,说明原因_____________。反萃取操作应加入_____________试剂。
(3)中间盐溶解过程中,加铁粉的主要目的是_____________________。
(4)石煤中的钒以V(Ⅲ)为主,有部分V(Ⅳ),很少见V(Ⅴ)。如图1和如图2分别为焙烧温度和焙烧时间对钒浸出率的影响,由如图2可得最佳焙烧时间为______________h,由如图1可得最佳焙烧温度为800-850℃之间,焙烧温度在850℃以下时,钒浸出率随焙烧温度的上升几乎直线上升的原因是_________________________,当焙烧温度高超过850℃以后,再提高温度,浸出率反而下降的可能原因是:_________________________。
(5)反萃取液中的VO2+,加入氯酸钠后被氧化为VO2+,请写出该反应的离子方程式______________。然后用氨水调节pH到1.9~2.2沉钒,得多钒酸铵沉淀(化学式为(NH4)2V12O31·nH2O),再经固液分离、干燥、焙烧得五氧化二钒产品,请写出此步反应的化学方程式____________________________。