题目内容
【题目】亚氯酸钠(NaClO2)是二氧化氯(ClO2)泡腾片的主要成分。实验室以氯酸钠(NaClO3)为原料先制得ClO2,再制备NaClO2粗产品,其流程如图:
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已知:①ClO2可被NaOH溶液吸收,反应为2ClO2+2NaOH=NaClO3+NaClO2+H2O。
②无水NaClO2性质稳定,有水存在时受热易分解。
(1)反应Ⅰ中若物质X为SO2,则该制备ClO2反应的离子方程式为___。
(2)实验在如图-1所示的装置中进行。
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①若X为硫磺与浓硫酸,也可反应生成ClO2。该反应较剧烈。若该反应在装置A的三颈烧瓶中进行,则三种试剂(a.浓硫酸;b.硫黄;c.NaClO3溶液)添加入三颈烧瓶的顺序依次为___(填字母)。
②反应Ⅱ中双氧水的作用是___。保持反应时间、反应物和溶剂的用量不变,实验中提高ClO2吸收率的操作有:装置A中分批加入硫黄、___(写出一种即可)。
(3)将装置B中溶液蒸发可析出NaClO2,蒸发过程中宜控制的条件为___(填“减压”、“常压”或“加压”)。
(4)反应Ⅰ所得废液中主要溶质为Na2SO4和NaHSO4,直接排放会污染环境且浪费资源。为从中获得芒硝(Na2SO4·10H2O)和石膏(水合硫酸钙),请补充完整实验方案:___,将滤液进一步处理后排放(实验中须使用的试剂和设备有:CaO固体、酚酞、冰水和冰水浴)。已知:CaSO4不溶于Na2SO4水溶液;Na2SO4的溶解度曲线如图2所示。
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【答案】2ClO3-+SO2═2ClO2+SO42- cab 作还原剂 水浴加热时控制温度不能过高(或加一个多孔球泡等) 减压 向废液中分批加入适量CaO固体并搅拌,用冰水浴控制反应温度,对浊液取样并滴加酚酞,至溶液呈浅红色时停止加入CaO。静置后过滤,用水洗涤沉淀2-3次得到石膏;滤液蒸发浓缩,冷却结晶至32.4℃以下,接近0℃,过滤,所得晶体用冰水洗涤2-3次,低温干燥得到芒硝
【解析】
用二氧化硫将NaClO3还原制得ClO2,ClO2和NaOH反应制得NaClO3和NaClO2,再用过氧化氢将NaClO3还原成NaClO2制得NaClO2粗品。
(1)SO2作还原剂,S化合价升高2,被氧化成SO42-,ClO3-作氧化剂,被还原成ClO2,Cl化合价降低1,结合电子得失守恒、电荷守恒、原子守恒可书写离子方程式:2ClO3-+SO2═2ClO2+SO42-,故答案为:2ClO3-+SO2═2ClO2+SO42-;
(2)①反应剧烈,浓硫酸只能在最后添加,结合流程图可知先加NaClO3,所以顺序为:先加NaClO3,再加S,最后加浓硫酸,故答案为:cab;
②反应Ⅱ中NaOH和ClO2反应生成NaClO3和NaClO2,过氧化氢的作用是将NaClO3还原成NaClO2,过氧化氢会分解,温度不宜太高,所以控制A中水浴加热时温度不过高,或者在B中搅拌、或者加一个多孔球泡,故答案为:作还原剂;水浴加热时控制温度不能过高(或加一个多孔球泡等);
(3)无水NaClO2性质稳定,有水存在时受热易分解,应该减压,让水分尽快蒸发,故答案为:减压;
(4)加入一定量CaO使NaHSO4反应成CaSO4,为了保证NaHSO4反应完,所加CaO需稍过量,CaO过量溶液就显碱性了,可以用酚酞作指示剂,当溶液变为浅红色时停止加CaO,CaSO4不溶于Na2SO4水溶液,此时可用过滤、洗涤的方法得到石膏,此时滤液为Na2SO4溶液,还不是芒硝,从图上看,可将温度调整32.4℃以下,形成芒硝,析出芒硝晶体,过滤、洗涤、干燥就可得芒硝了,为了使芒硝产率较高,可用冰水洗涤,降低因溶解损失的量,故答案为:向废液中分批加入适量CaO固体并搅拌,用冰水浴控制反应温度,对浊液取样并滴加酚酞,至溶液呈浅红色时停止加入CaO。静置后过滤,用水洗涤沉淀2-3次得到石膏;滤液蒸发浓缩,冷却结晶至32.4℃以下,接近0℃,过滤,所得晶体用冰水洗涤2-3次,低温干燥得到芒硝。
【题目】氨气是一种用途广泛的化工原料。金属镓是一种广泛用于电子工业和通讯领域的重要金属,镓元素(31Ga)在元素周期表中位于第四周期IIIA族,化学性质与铝元素相似。
(1)下图是当反应器中按n(N2):n(H2)=1:3投料后,在200℃、400℃、600℃下,反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线。
已知:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) △H<0
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①曲线c对应的温度是_____。
②关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是_____(填字母)。
A.及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率
B.根据勒夏特列原理,一般采用高温下发生反应
C.上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)>K(N)
③工业上合成氨的催化剂为铁触媒,选择温度为500℃的原因是______。
(2)工业上利用Ga与NH3合成固体半导体材料氮化镓(GaN)同时有氢气生成。反应中,生成3molH2时就会放出30.8kJ的热量。
①该反应的热化学方程式是__________。
②该反应的化学平衡常数表达式是_____。
③在恒温恒容的密闭体系内进行上述可逆反应,下列有关表达正确的是_____。
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A.I图像中如果纵坐标为正反应速率,则t时刻改变的条件可以为升温
B.II图像中纵坐标可以为镓的转化率
C.III图像中纵坐标可以为化学反应速率
D.Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量
④氮化镓(GaN)性质稳定,但能缓慢的溶解在热的NaOH溶液中,该反应的离子方程式是________。
(3)将一块镓铝合金完全溶于烧碱溶液中得到溶液X。己知:
Al(OH)3 | Ga(OH)3 | |
酸式电离常数Ka | 2×10-11 | 1×10-7 |
碱式电离常数Kb | 1.3×10-33 | 1.4×10-34 |
往X溶液中缓缓通入CO2,最先析出的氢氧化物是_____。