题目内容
20.氯化铜是一种广泛用于生产颜料、木材防腐剂等的化工产品.某研究小组用粗铜(含杂质Fe)按如图1流程制备氯化铜晶体(CuCl2•2H2O).(已知Fe3+沉淀完全的pH为3.6,Cu2+开始沉淀的pH为6.4)(1)实验室采用如图2所示的装置,可将粗铜与Cl2反应转化为固体1(加热仪器和夹持装置已略去).
①仪器A的名称是分液漏斗.
②装置B中发生反应的离子方程式是MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O.
③装置Ⅳ中盛装的试剂是NaOH溶液,其作用是Cl2+2OH-═Cl-+ClO-+H2O.(用离子方程式表示)
④CuCl2溶液是经一系列操作可得氯化铜晶体,操作的程序依次为蒸发浓缩、冷却结晶过滤、自然干燥.
(2)CuCl2溶液得到CuCl2•2H2O的过程中要加入盐酸的目的是抑制铜离子的水解,提高产品的产率(或纯度).
分析 (1)①仪器A是分液漏斗;
②装置B中制取氯气,利用二氧化锰与浓盐酸发生反应生成氯化锰、氯气、水,写出化学方程式再改写成离子方程式;
③实验中的反应物之一为氯气,若过量会污染大气,所以需要处理尾气;
④从CuCl2溶液中得到晶体,应通过加热浓缩,冷却结晶,再过滤、干燥;
(2)因Cu2+能水解且加热会促进水解生成Cu(OH)2,同时得到挥发性的酸盐酸,根据平衡理论,要通过加入稀盐酸抑制水解平衡正向移动,提高产品纯度.
解答 解:(1)①仪器A是分液漏斗,故答案为:分液漏斗;
②装置B中制取氯气,二氧化锰与浓盐酸发生反应的化学方程工为MnO2+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O,改写后得到离子方程式为MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O,故答案为:MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O;
③实验中的反应物之一为氯气,应考虑到过量的氯气能污染大气,所以需要处理尾气,一般用NaOH溶液吸收,故答案为:NaOH溶液;吸收多余的氯气,防止空气污染;
④从溶液里得到固体溶质,通常采用的分离方法是结晶法,具体过程是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、干燥,故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶;
(2)由CuCl2溶液得到CuCl2•2H2O的过程中Cu2+水解,要加盐酸防止Cu2+水解,否则产品中会含有Cu(OH)2杂质,故答案为:抑制Cu2+水解,提高产品产率(或纯度).
点评 本题考查学生对工艺流程理解、实验装置的理解、盐类水解的应用,物质分离提纯等,中等难度.
①少量的浓硫酸沾到皮肤上时,可用NaOH溶液中和
②取用少量化学药品时,应特别注意观察药品包装容器上的安全警示标记
③凡是给玻璃仪器加热,都要加垫石棉网,以防仪器炸裂
④闻任何化学药品的气味时都不能使鼻子凑近药品
⑤点燃氢气前要检查纯度,以免发生爆炸
⑥CO气体有毒,处理CO尾气的方法一般是将其点燃,转化成无毒的CO2
⑦在盛O2集气瓶中进行铁丝燃烧实验时,事先在集气瓶底铺上一层沙子.
A. | ①②④⑤⑦ | B. | ②④⑤⑥⑦ | C. | ①④⑤⑥⑦ | D. | ②③④⑤⑦ |
CH3CH2OH$→_{170℃}^{H_{2}SO_{4}(浓)}$CH2=CH2 CH2=CH2+Br2→BrCH2CH2Br
可能存在的主要副反应有:乙醇在浓硫酸的存在下在l40℃脱水生成乙醚.用少量的溴和足量的乙醇制备1,2-二溴乙烷的装置如图:有关数据列表如下:
乙醇 | 1,2-二溴乙烷 | 乙醚 | |
状态 | 无色液体 | 无色液体 | 无色液体 |
密度/g•cm-3 | 0.79 | 2.2 | 0.71 |
沸点/℃ | 78.5 | 132 | 34.6 |
熔点/℃ | 一l30 | 9 | -1l6 |
(1)在此制备实验中,要尽可能迅速地把反应温度提高到170℃左右,其最主要目的是d;(填正确选项前的字母)
a.引发反应 b.加快反应速度 c.防止乙醇挥发 d.减少副产物乙醚生成
(2)在装置C中应加入c,其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体;(填正确选项前的字母)
a.水 b.浓硫酸 c.氢氧化钠溶液 d.饱和碳酸氢钠溶液
写出吸收酸性气体的化学反应方程式CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O;SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O.
(3)判断该制备反应已经结束的最简单方法是溴的颜色完全褪去;
(4)将1,2-二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水,振荡后静置,产物应在下层(填“上”、“下”);
(5)若产物中有少量未反应的Br2,最好用b洗涤除去;(填正确选项前的字母)
a.水 b.氢氧化钠溶液 c.碘化钠溶液 d.乙醇
(6)若产物中有少量副产物乙醚.可用蒸馏的方法除去.
(1)硫酸是基础化学工业的重要产品,下列为接触法制硫酸的反应:
4FeS2(s)+11O2(g)$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3(s)+8SO2(g)△H=-3412kJ•mol-1
2SO2(g)+O2(g)$\stackrel{催化剂}{?}$2SO3(g)△H=-196.6kJ•mol-1
SO3(g)+H2O(l)═H2SO4(l)△H=-130.3kJ•mol-1
理论上,用FeS2为原料生产2mol H2SO4(I)所释放的热量为1310.2kJ•mol-1
(2)硫酸生产过程中会产生硫酸渣,其成分主要为:Fe(约55%)、CaO和CaS(约16%)、SiO2(约11%)、MgO(约6%)、Al2O3(约10%),一种利用硫酸渣制备绿矾(FeSO4•7H2O)的工艺流程如下:
表:几种离子沉淀pH 粗制FeSO4晶体
开始沉淀的pH | 沉淀完全的pH | |
Al3+ | 3.2 | 4.4 |
Fe2+ | 6.3 | 8.4 |
Ca2+ | 11.8 | \ |
Mg2+ | 8.8 | 10.8 |
①上述流程中加入铁屑时反应的离子方程式Fe+2H+=H2↑+Fe2+,Fe+2Fe3+=3Fe2+.
②上述制备过程中加入CaO调节pH=4.5时,产生沉淀的主要成分为Al(OH)3.
③精制FeSO4•7H2O前,需向滤液中加入H2SO4调节pH,其目的是抑制Fe2+离子的水解.
④研究发现,其他条件相同,结晶温度在70℃左右时硫酸亚铁纯度最高,分析大于70℃时,硫酸亚铁纯度降低的主要原因可能为可能是亚铁离子被氧化为铁离子的量增多.
(3)H2S是一种无色、有毒且有恶臭味的气体.煤的低温焦化,含硫石油开采、提炼,橡胶、制革、染料、制糖等工业中都有H2S产生,有研究组设计了一种硫化氢-空气染料电池,总反应为2H2S+O2═2S+2H2O,简易结构如图所示:
①硫化氢应通入到电极b.(填“a”或“b”)
②b极发生的电极反应式为H2S-2e-+O2-=S↓+H2O.
(1)已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H1=akJ•mol-1
CO(g)+H2O (g)=CO2(g)+H2 (g)△H2=bkJ•mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H3=ckJ•mol-1
反应CO2(g)+CH4(g)=2CO(g)+2H2(g)的△H=(a+2b-2c)kJ•mol-1.
(2)利用废气中的CO2为原料制取甲醇,反应方程式为:CO2+3H2?CH3OH+H2O其他条件相同,该甲醇合成反应在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下反应相同时间后,CO2的转化率随反应温度的变化如图1所示.
①a点所代表的状态不是(填“是”或“不是”)平衡状态.
②c点CO2的转化率高于b点,原因是b、c点均未达到平衡状态,c点温度高,反应速率较快,故CO2的转化率较大.
(3)在实际生产中发现,随着甲醇的生成,还伴随有少量CO副产物出现:
H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)△H>0,且CO2的转化率、甲醇的产率和CO含量除受浓度、度、压强等因素影响外,还受催化剂CuO的质量分数、气体混合物在反应锅炉内的流动速率影响(用空间流率表示).通过实验分别得到数据图2、3:
①由图2得,最佳空间流率为3600h-1;
②在其他条件不变的前提下调整催化剂配比,并记录到达平衡所需的时间,得到如表数据,试说明不选择单组份ZnO原因是使用单组分ZnO时反应速率虽然快,但是由图3可知,二氧化碳转化率、甲醇的产率都过低,实际生产中没有意义,故不采用.
催化剂组分质量分数(%) | CuO | 0 | 25 | 50 | 75 | 100 |
ZnO | 100 | 75 | 50 | 25 | 0 | |
到达平衡所需时间(h) | 2.5 | 7.4 | 8.1 | 12 | 无催化活性 |
(4)用二氧化碳催化加氢来合成低碳烯烃,起始时以0.1MPa,n(H2):n(CO2)=3:1的投料比充入反应器中,发生反应:2CO2(g)+6H2(g)?C2H4(g)+4H2O(g)△H,不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图4所示:
①该进行的反应的△S<0(填:“>”或“<”)
②对于气体反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作KP),则该反应的KP=$\frac{p({C}_{2}{H}_{4})×{p}^{4}({H}_{2}O)}{{p}^{2}(C{O}_{2})×{p}^{6}({H}_{2})}$.
③为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是增大压强;提高氢气和二氧化碳物质的量的比值(列举2项).