题目内容

4．红矾钠（重铬酸钠：Na2Cr2O7•2H2O）是重要的基本化工原料，应用领域十分广泛．
（1）实验室中红矾钠可用铬铁矿（主要成分：FeO•Cr2O3）利用以下过程来制取．

①步骤I中反应的化学方程式为：
4FeO•Cr2O3（s）+8Na2CO3（s）+7O2=8Na2CrO4（s）+2Fe2O3（s）+8CO2
该反应的化学平衡常数的表达式为$\frac{c（C{O}_{2}）^{8}}{c（{O}_{2}）^{7}}$．在常温下该反应速度极慢，下列措施中能使反应速率增大的是ABC．
A．升高温度  B．通入过量的空气  C．将原料粉碎  D．增加纯碱的用量
②步骤II中所得溶液显碱性，其中除含有Na2C rO4外还含有铝、硅元素的化合物，它们的化学式可能是NaA1O2[或NaA1（OH）4]、Na2SiO3．
③步骤III需将溶液的pH调至7～8并煮沸，其目的是2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O．
④步骤Ⅳ中发生反应的离子方程式为：2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O    
（2）将红矾钠与KC1固体1：2（物质的量比）混合溶于水后经适当操作可得到K2Cr2O7晶体，反应方程式为：Na2CrO4+2KCl=K2Cr2O7+2NaCl（已知NaCl的溶解度受温度影响小，K2Cr2O7的溶解度受温度影响大），基本实验步骤为：①溶解；②蒸发；③趁热过滤．④冷却、结晶，过滤，得到K2Cr2O7晶体．

分析 铬矾钠在碳酸钠加热条件下被氧气氧化成铬酸钠，同时亚铁离子被氧化成氧化铁，再加氢氧化钠溶液，过滤得铬酸钠溶液，将铬酸钠溶液用硫酸酸化可得重铬酸钠溶液，再经过蒸发浓缩降温结晶可得重铬酸钠晶体，（1）①根据平衡常数的表达式及书写要求写出该反应的平衡常数；根据影响化学反应速率的因素进行判断；
②铝、硅的氧化物在碱性条件下能够与氢氧根离子反应生成偏铝酸钠、硅酸钠；
③步骤Ⅱ中铝元素、硅元素以偏铝酸根离子、硅酸根离子形式存在，通过条件pH后可以将硅酸根离子、偏铝酸根离子转化成沉淀而除去；
④步骤Ⅳ中CrO42-在酸性条件下转化成Cr2O72-，据此写出反应的离子方程式；
（2）根据NaCl的溶解度受温度影响小，K2Cr2O7的溶解度受温度影响大，可知，可以用降温结晶的方法得到重铬酸钠．

解答 解：（1）①反应4FeO•Cr2O3（s）+8Na2CO3（s）+7O2=8Na2CrO4（s）+2Fe2O3+8CO2中，FeO•Cr2O3、Na2CO3、Na2CrO4、Fe2O3为固体，在平衡常数表达式中不需要出现，则该反应的平衡常数表达式为：K=$\frac{c（C{O}_{2}）^{8}}{c（{O}_{2}）^{7}}$，
A．升高温度，可以加快反应速率，故A正确；       
B．通入过量的空气，增大了氧气的量，可以加快反应速率，故B正确；    
C．将原料粉碎，增大了接触面积，可以加快反应速率，故C正确；
D．纯碱是固体，不涉及浓度问题，所以改变纯碱的量，不能改变反应速率，故D错误；
故答案为：$\frac{c（C{O}_{2}）^{8}}{c（{O}_{2}）^{7}}$；ABC；
②氧化铝、二氧化硅能够与氢氧根离子反应生成偏铝酸钠、硅酸钠，则碱性条件下，铝元素与硅元素的存在形式为NaAlO2、Na2SiO3，
故答案为：NaA1O2[或NaA1（OH）4]、Na2SiO3；
③步骤Ⅲ需将溶液的pH调至7～8并煮沸，NaAlO2、Na2SiO3等杂质可以以沉淀的形式除去，
故答案为：除去A1O-2、SiO32-等杂质；
④该步骤是CrO42-到Cr2O72-的转化，反应的离子方程式为：2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O，
故答案为：2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O；
（2）根据Na2Cr2O7+2KCl=K2Cr2O7+2NaCl，向Na2Cr2O7中加入KCl固体，加热时重铬酸钾溶解度随着温度的升高而增大，但氯化钾的溶解度受温度的影响不大，则获得K2Cr2O7的操作方法分别为：溶解、蒸发、趁热过滤、冷却、结晶、过滤、干燥，
故答案为：蒸发； 趁热过滤．

点评 本题考查了实验方案的设计，题目难度中等，明确实验目的为解答关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学实验能力，注意掌握物质制备方案的设计原则．

练习册系列答案
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10．下列试剂中，属于纯净物的是（　　）
A．稀硫酸B．石灰水C．蒸馏水D．肥皂水
11．下列离子方程式改写成化学方程式正确的是（　　）
A．Cu2++2OH-═Cu（OH）2↓        CuCO3+2NaOH═Cu（OH）2↓+Na2CO3
B．CO32-+2H+═CO2↑+H2O          BaCO3+2HCl═BaCl2+CO2↑+H2O
C．Ca2++CO32-═CaCO3↓           Ca（NO3）2+Na2CO3═CaCO3↓+2NaNO3
D．H++OH-═H2O                  2KOH+H2SO4═K2SO4+2H2O
8．在一个固定容积的密闭容器中，加入2molA和1molB发生反应：2A（g）+B（g）?3C（g）+D（g），达到平衡时，C的浓度为n mol•L-1．
（1）若维持温度不变，按下列各种配比为起始物质，达到平衡后，C仍为n mol•L-1的是DE（填字母序号，下同）
A.4molA+2molB 
B.2molA+1molB+3molC+1molD 
C.3molA+1molB 
D.3molC+1molD  
E.1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD 
（2）C的浓度大于n mol•L-1的是ABC．
（3）将可逆反应中A（g）改为A（s），则C的浓度仍为 n mol•L-1的是CDE．
15．将NaCO3和NaHCO3的混合物加强热，将生成的气体通入足量的石灰水中，生成CaCO3 20.0g，将残留物加足量稀盐酸，生成CO2气体11.0g．试计算原混合物中含NaCO3，NaHCO3的质量各为多少克？
9．化学实验是学习化学和进行科学研究的重要方法和途径．学会气体物质的制备方法是研究气体、利用气体的基础．请根据下图回答有关问题：

（1）小明同学用铜和浓硝酸、图Ⅰ装置制备并收集干燥的NO2气体：
①B中反应的离子方程式为Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O；收集NO2气体的方法是向上排气法
②为验证NO2的氧化性和NO的还原性，小明在图I后面接入图III装置，验证NO2性质并制取NO，其中F试管中装有Na2S溶液，G、H装置所盛液体为水．
I．连接a→f，F中的现象是溶液变浑浊，可证明NO2的氧化性；在G中鼓入空气后现象是有红棕色气体生成，可证明NO的还原性．
Ⅱ．实验前G中充满水的作用是制取NO并用排水法收集NO（用简要文字回答）
（2）小华同学用图Ⅰ装置制取NH3和O2的混合气体，用图Ⅱ装置验证氨的某些性质：往A中加入浓氨水，B中加入Na2O2固体，C中加入碱石灰，D内放置催化剂（铂石棉网），按气流方向a→bc→d连接各仪器．
①D中反应的化学方程式为4NH3+5O2═4NO+6H2O、2NO+O2═2NO2
②为防止NO2污染环境，E装置中装的试剂可以是（填化学式）NaOH溶液．
（3）小明和小华两位同学按图Ⅳ装置继续进行实验：通气一段时间后，小明同学实验过程中品红溶液几乎不褪色，而小华同学的实验现象是品红溶液越来越浅．试根据实验装置和实验结果回答问题．
①小明同学实验过程中，品红溶液不褪色，说明SO2和Cl2的物质的量之比为：1：1；其有关反应的离子方程式为SO2+C12+2H2O=4H++SO42-+2C1-
②小华同学做到让品红溶液的颜色变得越来越浅的关键是控制SO2和Cl2进气的物质的量，使之不相等．
16．CH3OH是一种无色有刺激性气味的液体，在生产生活中有重要的用途，同时也是一种重要的化工原料．
Ⅰ（1）已知CH3OH（g）+O2（g）?CO2（g）+2H2（g）能量变化如图，下列说法正确的是CD
A．CH3OH转变成H2的过程是一个吸收能量的过程
B．H2生成速率于CH3OH的消耗速率之比为1：2
C.1molH-O键断裂的同时2molC=O键断裂，则反应达最大限度
D．该反应在恒容密闭容器中进行，若密度不变则不能证明反应达平衡
（2）某温度下，将5molCH3OH和2molO2充入2L的密闭容器中，经过4min反应达到平衡，测得c（O2）=0.2mol•L-1，4min内平均反应速度v（H2）=0.4mol/（L．min），则CH3OH的转化率为32%；
ⅡCH3OH燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气（氧气）、和一定的电解质环境构成．
（3）若电解质为25%的KOH溶液，电池放电时，电解质溶液的碱性逐渐减弱，电池放电时正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；
（4）若电解质溶液改为酸溶液，请写出甲醇燃料电池的负极电极反应式CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；
（5）最近有人制造了一种新型甲醇燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入CH3OH，电池的电解质是掺杂了Y203的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-离子，这个电池的正极发生的反应式为：O2+4e-=4O2-；固体电解质里的O2-的移动方向是：负极；
（6）与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，甲醇燃料电池的理论放电量是铅蓄电池的倍数19.4（保留一位小数）．
13．下列物质含有的化学键类型相同的是（　　）
A．NaBr和H2OB．Na2O和Na2O2C．D2O和CO2D．NH4Cl和HCl
14．反应C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是（　　）
①增加C的量          
②将容器的体积缩小一半
③保持体积不变，充入N2使体系压强增大     
④保持压强不变，充入N2使容器体积变大．
A．①④B．②③C．①③D．②④

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