锂被誉为“金属味精”,以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6,还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下:
已知:①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH:
氢氧化物 |
Fe(OH)3 |
Al(OH)3 |
Mg(OH)2 |
开始沉淀pH |
2.7 |
3.7 |
9.6 |
完全沉淀pH |
3.7 |
4.7 |
11 |
②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表:
温度/℃ |
0 |
10 |
20 |
50 |
75 |
100 |
Li2CO3的溶解度/g |
1.539 |
1.406 |
1.329 |
1.181 |
0.866 |
0.728 |
请回答下列问题:
(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成:__________________________。
(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是__________________________________。
(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式:________________________。
(4)洗涤所得Li2CO3沉淀要使用________(选填“热水”或“冷水”),你选择的理由是__________________________________。
(5)电解熔融氯化锂生产锂时,阳极产生的氯气中会混有少量氧气,原因是
________________________________________。
某研究小组进行Mg(OH)2沉淀溶解和生成的实验探究。
向2支盛有1 mL 1 mol·L-1的MgCl2溶液中各加入10滴2 mol·L-1 NaOH,制得等量Mg(OH)2沉淀;然后分别向其中加入不同试剂,记录实验现象如下表:
实验序号 |
加入试剂 |
实验现象 |
Ⅰ |
4 mL 2 mol·L-1 HCl 溶液 |
沉淀溶解 |
Ⅱ |
4 mL 2 mol·L-1 NH4Cl 溶液 |
沉淀溶解 |
(1)从沉淀溶解平衡的角度解释实验Ⅰ的反应过程 。
(2)测得实验Ⅱ中所用NH4Cl溶液显酸性(pH约为4.5),用离子方程式解释其显酸性的原因 。
(3)甲同学认为应补充一个实验:向同样的Mg(OH)2沉淀中加4 mL蒸馏水,观察到沉淀不溶解。该实验的目的是 。
(4)同学们猜测实验Ⅱ中沉淀溶解的原因有两种:一是NH4Cl溶液显酸性,溶液中的H+可以结合OH- ,进而使沉淀溶解;二是 。
(5)乙同学继续进行实验:向4 mL 2 mol·L-1 NH4Cl溶液中滴加2滴浓氨水,得到pH约为8的混合溶液,向同样的Mg(OH)2沉淀中加入该混合溶液,观察现象。
①实验结果证明(4)中的第二种猜测是成立的,乙同学获得的实验现象是 。
③乙同学这样配制混合溶液的理由是 。
以天然气为原料合成氨是当下主流合成氨方式,其过程简示如下:
(1)甲烷脱硫的主要目的是 。
(2)甲烷一次转化发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) 。
在20L的密闭容器中充入CH4(g)、H2O(g)各1mol,CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图。压强P1 (选填>、<、=)P2;若3min后在150℃、压强为P2时达到平衡,平均反应速率v(H2)= 。
(3)传统的化学脱碳法是用热碳酸钾溶液洗气,用什么方法可以使洗气后的碳酸钾溶液再生以循环使用? 。
铜洗能较彻底脱碳脱硫。醋酸亚铜溶于过量氨水形成的铜洗液,可吸收H2S、O2、CO、CO2等,该铜洗液吸收CO2的化学方程式: 。
(4)n(N2) :n(H2)="1" : 3原料气进入合成塔,控制反应条件之外采取什么措施提高原料气利用率? 。
(5)NaCl、NaBr、NaI混合溶液中滴入AgNO3溶液至c(Ag+)="0.07" mol·L-1,溶液中浓度比
c(Cl-):c(Br-):c(I-) = : :1。
|
AgCl |
AgBr |
AgI |
Ksp |
2×10-10 |
5×10-13 |
1×10-16 |
工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下:
请回答下列问题:
(1)步骤①所得废渣的成分是 (写化学式),操作I的名称 。
(2)步骤②、③的变化过程可简化为(下式R表示VO2+,HA表示有机萃取剂):
R2(SO4)n (水层)+ 2nHA(有机层)2RAn(有机层) + nH2SO4 (水层)
②中萃取时必须加入适量碱,其原因是 。③中X试剂为 。
(3)⑤的离子方程式为 。
(4)25℃时,取样进行试验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表:
pH |
1.3 |
1.4 |
1.5 |
1.6 |
1.7 |
1.8 |
1.9 |
2.0 |
2.1 |
钒沉淀率% |
88.1 |
94.8 |
96.5 |
98.0 |
98.8 |
98.8 |
96.4 |
93.1 |
89.3 |
结合上表,在实际生产中,⑤中加入氨水,调节溶液的最佳pH为 ;
若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀,则溶液中c(Fe3+)< 。
【已知:25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39】
(5)该工艺流程中,可以循环利用的物质有 和 。
某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、MgO、SiO2、Al2O3等。已知碳酸锰难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰,流程如下:
阴离子膜法电解装置如下图所示:
(1)写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式: 。
(2)已知Ksp (Fe(OH)3) =" 4" ´10–38,假设溶液中Fe3+离子浓度为0.1 mol·L–1,则开始生成Fe(OH)3沉淀的pH是_________,沉淀完全的pH是_________。(可能用到的数据:lg= -0.1 lg=0.2)
(3)已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表:
离子 |
Fe3+ |
A13+ |
Fe2+ |
Mn2+ |
Mg2+ |
开始沉淀的pH |
1.2 |
3.7 |
7.0 |
7.8 |
9.3 |
沉淀完全的pH |
3.7 |
4.7 |
9.6 |
9.8 |
10.8 |
加氨水调节溶液的pH等于6,则“滤渣(待处理)”的成分是 (写化学式),滤液中含有的阳离子有H+和 (写符号)。
(4)在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣A中也无MnO2,请用离子方程式解释原因: 。
(5)电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向,则A电极是直流电源的 极。实际生产中,阳极以稀硫酸为电解液,阳极的电极反应式为 。
(6)该工艺之所以采用阴离子交换膜,是为了防止Mn2+进入阳极区发生副反应生成MnO2造成资源浪费,写出该副反应的电极反应式: 。
重铬酸钾(K2Cr2O7)俗称红矾钾,是工业生产和实验室的重要氧化剂。已知K2Cr2O7溶液中存在平衡Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+。回答下列问题(残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,该离子视为沉淀完全):
(1)重铬酸钾试剂标签上应标注 。(填字母编号)
(2)加热时,重铬酸钾与浓盐酸反应,使氯离子氧化逸出,请写出该反应的离子方程式: 。
(3)已知AgCl、Ag2CrO4(砖红色)的Ksp分别为2×10-10和1.12×10-12。分析化学中,测定含氯的中性溶液中Cl-的含量,以K2CrO4作指示剂,用AgNO3溶液滴定。滴定过程中首先析出沉淀 ,达到滴定终点的实验现象为: 。该沉淀滴定需要注意两个问题:①指示剂的用量,滴定终点时,溶液中的CrO42-浓度为 mol·L-1时合适;②控制溶液的酸度,pH在6.5-10.5之间,请结合反应方程式分析,为什么pH<6.5实验结果将不准确: 。
(4)人体内铬元素的含量过高,会引起急性中毒,甚至致癌。工业上可采用铁作阳极电解含Cr2O72-的酸性废水,随着电解的进行,在阴极附近溶液pH升高,产生Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,从而使废水中铬含量低于排放标准。下表是常温下金属氢氧化物的Ksp和金属离子在某浓度下开始沉淀所需的pH(表中浓度为相应pH时溶液中有关金属离子产生沉淀的最小浓度)[Cr(OH)3是一种两性氢氧化物]。
金属离子 |
Ksp |
pH(10-1 mol·L-1) |
pH(10-5 mol·L-1) |
Fe3+ |
4.0×10-38 |
2.7 |
3.7 |
Cr3+ |
6.0×10-31 |
4.3 |
5.6 |
①阴极的电极反应式为 ;Cr2O72-转化为Cr3 +的离子方程式为 ,电路中每转移6 mol电子,最多有 mol Cr2O72-被还原。
②pH对废水中Cr2O72-去除效率的影响情况如图所示。电解过程中对降低废水中的铬含量最有利的pH范围为 。
Ⅰ.下表1是常温下几种弱酸的电离平衡常数(Ka)和弱碱的电离平衡常数(Kb),表2是常温下几种难(微)溶物的溶度积常数(Ksp)。
请回答下面问题:
(1)下列能使醋酸溶液中CH3COOH的电离程度增大,而电离常数不变的操作是 (填序号)。
A.升高温度 | B.加水稀释 |
C.加少量的CH3COONa固体 | D.加少量冰醋酸 |
(2)CH3COONH4的水溶液呈 (选填“酸性”、“中性”、“碱性”)。
(3)工业中常将BaSO4转化为BaCO3后,再将其制成各种可溶性的钡盐(如:BaCl2)。具体做法是用饱和的纯碱溶液浸泡BaSO4粉末,并不断补充纯碱,最后BaSO4转化为BaCO3。现有足量的BaSO4悬浊液,在该悬浊液中加纯碱粉末并不断搅拌,为使c(SO42-)达到0.0l mol/L以上,则溶液中c(CO32-)应不低于 mol/L。
Ⅱ.化学在能源开发与利用中起着重要的作用,如甲醇、乙醇、二甲醚(CH3OCH3)等都是新型燃料。
(1)乙醇是重要的化工产品和液体燃料,可以利用下列反应制取乙醇。
2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) △H=a kJ/mol
在一定压强下,测得上述反应的实验数据如下表。
根据表中数据分析:
①上述反应的 0(填“大于”或“小于”)。
②在一定温度下,提高氢碳(即)比,平衡常数K值 (填“增大”、“减小”、或“不变”)。
(2)催化剂存在的条件下,在固定容积的密闭容器中投入一定量的CO和H2,同样可制得乙醇(可逆反应)。该反应过程中能量变化如图所示:
①写出CO和H2制备乙醇的热化学反应方程式 。
②在一定温度下,向上述密闭容器中加入1 mol CO、3 mol H2及固体催化剂,使之反应。平衡时,反应产生的热量为Q kJ,若温度不变的条件下,向上述密闭容器中加入4 mol CO、12 mol H2及固体催化剂,平衡时,反应产生的热量为w kJ,则w的范围为 。
(3)二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,具有清洁、高效的优良性能。以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池,其工作原理与甲烷燃料电池原理相类似。该电池中负极上的电极反应式是 。
(14分)烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收,可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为:
NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H=-200.9kJ·mol-1
NO(g)+1/2O2(g)=NO2(g) △H=-58.2kJ·mol-1
SO2(g)+O3(g)=SO3(g)+O2(g) △H=-241.6kJ·mol-1
(1)反应3NO(g)+O3(g)=3NO2(g)的△H=_______mol·L-1。
(2)室温下,固定进入反应器的NO、SO2的物质的量,改变加入O3的物质的量,反应一段时间后体系中n(NO)、n(NO2)和n(SO2)随反应前n(O3):n(NO)的变化见下图。
①当n(O3):n(NO)>1时,反应后NO2的物质的量减少,其原因是__________。
②增加n(O3),O3氧化SO2的反应几乎不受影响,其可能原因是_________。
(3)当用CaSO3水悬浮液吸收经O3预处理的烟气时,清液(pH约为 8)中SO32-将NO2转化为NO2-,其离子方程式为:___________。
(4)CaSO3水悬浮液中加入Na2SO4溶液,达到平衡后溶液中c(SO32-)=________[用c(SO42-)、Ksp(CaSO3)和Ksp(CaSO4)表示];CaSO3水悬浮液中加入Na2SO4溶液能提高NO2的吸收速率,其主要原因是_________。
实验室模拟回收某废旧含镍催化剂(主要成分为NiO,另含Fe2O3、CaO、CuO、BaO等)生产Ni2O3。其工艺流程为:
图Ⅰ 图Ⅱ
(1)根据图Ⅰ所示的X射线衍射图谱,可知浸出渣含有三种主要成分,其中“物质X”为 。图Ⅱ表示镍的浸出率与温度的关系,当浸出温度高于70℃时,镍的浸出率降低,浸出渣中Ni(OH)2含量增大,其原因是 。
(2)工艺流程中“副产品”的化学式为 。
(3)已知有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表:
氢氧化物 |
Fe(OH)3 |
Fe(OH)2 |
Ni(OH)2 |
开始沉淀的pH |
1.5 |
6.5 |
7.7 |
沉淀完全的pH |
3.7 |
9.7 |
9.2 |
操作B是为了除去滤液中的铁元素,某同学设计了如下实验方案:向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液,调节溶液pH为3.7~7.7,静置,过滤。请对该实验方案进行评价: (若原方案正确,请说明理由;若原方案错误,请加以改正)。
(4)操作C是为了除去溶液中的Ca2+,若控制溶液中F-浓度为3×10-3 mol·L-1,则Ca2+的浓度为 ______mol·L-1。(常温时CaF2的溶度积常数为2.7×10-11)
(5)电解产生2NiOOH·H2O的原理分两步:①碱性条件下Cl-在阳极被氧化为ClO-;②Ni2+被ClO-氧化产生2NiOOH·H2O沉淀。第②步反应的离子方程式为 。
铁、氯、铜及其化合物在生产、生活中有广泛的用途,试回答下列问题。
(1)二氧化氯(C1O2)已逐步代替C12用于自来水处理,用C1O2处理过的饮用水(pH为5.5~6.5)常含有一定量对人体不利的亚氯酸根离子(C1O2-)。已知:25℃时Ka(HClO)=3.2×10-8,Ka(HClO2)=1.0×10-2,则酸性强弱关系为 ;在pH=5的上述处理过的饮用水中= 。若饮用水中C1O2-的含量超标,可向其中加入适量的Fe2+将C1O2-还原成Cl一,写出酸性条件下该反应的离子方程式: 。
(2)①腐蚀铜板后的溶液中,若Cu2+、Fe3+和Fe2+浓度均为0.1 mol/l,如图为金属离子的浓度的对数与溶液pH的关系,现向混合溶液中通入氨气调节溶液的pH=5.6时,溶液中存在的金属阳离子为 。(当溶液中金属离子浓度≤10-5mol/l时,可认为沉淀完全)。
②从图中数据计算可得Fe(OH)2的溶度积Ksp[Fe(OH)2] 。
②Na2S是常用的沉淀剂。某工业污水中含有等浓度的
Cu2+、Fe2+、Pb2+,滴加Na2S溶液后首先析出的沉淀是 ;当最后一种离子沉淀完全时(该离子浓度为10-5m01/l),此时的S2一的浓度为 。
已知:Ksp(FeS)=6.3×10-18(mol•L-1)2,Ksp(CuS)=6×10-36(mol•L-1)2,Ksp(PbS)=2.4×10-28(mol•L-1)2
运用化学反应原理研究氮、硫、氯、碘等单质及其化合物的反应有重要意义
(1)硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3; 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),混合体系中SO3 的百分含量和温度的关系如下图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态).根据图示回答下列问题,
①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的△H 0
(填“>”或“<”):若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”)
②若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1,K2,则K1 K2;反应进行到状态D时, (填“>”“<”或“=”)
(2)氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农 业生产、生活中有着重要作用,
①如图是一定的温度和压强下N2和H2反应生成lmolNH3过程中能量变化示意图,请写出工业合成氨的热化学方程式:
(△H的数值用含字母Q1、Q2的代数式表示)
②氨气溶于水得到氨水,在25℃下,将a mol·L-1的氨水与b mol·L-1的盐酸等体积混合,反应后溶液显中性,则c(NH4+) c(Cl-)(填“>”、“<”或“=”);用含a和b的代数式表示出该混合溶液中氨水的电离平衡常数 .
(3)海水中含有大量的元素,常量元素如氯,微量元素如碘,其在海水中均以化合态存在,在25℃下,向0.1L0.002mol·L-l的NaCl溶液中逐滴加入适量的0.1L0.002mol·L-l硝酸银溶液,有白色沉淀生成,从沉淀溶解平衡的角度解释产生沉淀的原因是 ,向反应后的浊液中继续加入0.1L0.002mol·L-1的NaI溶液,看到的现象是 ,产生该现象的原因是(用离子方程式表示) 。
(已知:25℃时KSP(AgCl)=1.6×l0-10 KSP(AgI)=1.5×l0-16)
中国尿素合成塔(尿塔)使用寿命仅为欧美国家的1/4。为此北京钢铁研究 院对四川泸天化尿塔腐蚀过程进行研究,得出下列腐蚀机理:
(1)H2S来自合成尿素的天然气。在380 K、体积为2 L的密闭容器中,存在如下反应:H2(g)+S(s)H2S(g) △H=+21.6kJ·mol-1。反应达到平衡时H2、S、H2S的物质的量均为3 mol,则380 K时该反应的化学平衡常数为______;下列对该反应分析正确的是______(填字母序号)。
(2)在反应I中发生的化学反应为______。
(3)研究发现反应II是分别以Fe、FeS为电极,以水膜为电解质溶液的电化学腐蚀,其 负
极为______;
已知:Fe(s)+S(s)=FeS(s) △H1=-2.5akJ·mol-1
S(s)+O2(g)=SO2(g) △H2=-5akJ·mol-1
4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) △H3=-6akJ·mol-1
则反应II的热化学方程式为_____
(4)已知H2S2O3的K1=2.2×10-1、K2=2.8×10-2。Na2S2O3水溶液呈______性,该溶液中电荷守恒式为_____ ;反应IY的反应类型为______ ;该反应______(填“能”或“不能”) 说明FeS溶解性强于FeS2O3
(5)泸天化尿塔的最终腐蚀产物为______;为了有效防腐,北钢建议泸天化在生产中用 CuSO4溶液“脱硫(H2S)”,其中涉及的离子方程式为
__________________
高锰酸钾是强氧化剂,它的用途遍布各个行业。
(1)工业上由软锰矿(主要成分为MnO2)生产髙锰酸钾分为两个步骤。
①步骤一将软锰矿与过量的固体KOH和空气在高温下反应,生成锰酸钾(K2MnO4),该反应的化学方程式是______________。
②步骤二以石墨为阳极,铁为阴极,电解锰酸钾(K2MnO4)溶液,在_______(填“阴极区”或“阳极区”)得到高锰酸钾。阴极反应的化学方程式是_______。
(2)某研究小组用工业生产高锰酸钾产生的废渣——猛泥(含K2MnO4、MnO2及Pb、Ca等元素)和乳钢废酸液制取工业级碳酸锰(MnCO3),其流程如下:
③轧钢废酸中Fe2+的作用是______________。
④操作I、操作II、操作III的名称是_______。
⑤溶液C中除含有Ca2+、Mn2+、H+外,还含有的阳离子是_______。
⑥若固体C中不含CaCO3,则溶液D中<_______。
[已知:Ksp(MnCO3)=1×10—11,Ksp(CaCO3)=5×10—9]
磷酸铁锂动力电池(LiFePO4电池)的内部结构如图所示。中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,锂离子可以通过而电子不能通过。
该电池的总反应式为:Li1-xFePO4+ LixC6="=" C6 + LiFePO4
(1)磷酸铁锂电池放电时,正极反应式为 。
(2)若用该电池电解精炼铜,阴极质量增重19.2g时,则电池中通过聚合物隔膜的Li +数目为 。
(3)以该电池为电源,用Fe2O3为阳极,石墨为阴极,NaOH溶液为电解质溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4),写出阳极的电极反应式 。
(4)学生在实验时若被白磷(以P表示)灼伤,可用硫酸铜溶液涂抹伤处,有铜和H3PO4生成,写出此反应的化学方程式 。
(5)一般来说,如果一个反应的平衡常数大于105,通常认为反应进行得较完全;相反,如果一个反应的平衡常数小于10-5,则认为这个反应很难进行。已知常温下各物质的溶度积及电离平衡常数:
CuS:Ksp=8.4×10-36mol2·L-2;H2S:Ka1=1.2×10-7mol·L-1,Ka2=7×10-15mol·L-1
①通过计算说明反应CuS(s)+2H+Cu2++H2S进行的程度 。
②常温下,NaHS溶液呈碱性,此溶液中离子浓度由小到大的顺序是 。若向此溶液中加入硫酸铜溶液,恰好完全反应,所得溶液pH 7(填“>”“<”或“﹦”),其原因是 (用离子方程式表示)。
Ⅰ、回答下列问题
1)、已知常温下,在NaHSO3溶液中c(H2SO3 ) < c(SO32-),且H2SO3的电离平衡常数为K1=1.5×10-2
K2=1.1×10-7;氨水的电离平衡常数为K=1.8×10-2;则等物质的量浓度的下列五种溶液:①NH3·H2O ②(NH4)2CO3 ③KHSO3 ④KHCO3 ⑤Ba(OH)2,溶液中水的电离程度由大到小排列顺序为_____________
2)、NaHSO3具有较强还原性可以将碘盐中的KIO3氧化为单质碘,试写出此反应的离子反应方程式_______________________________________
3)、在浓NH4Cl溶液中加入镁单质,会产生气体,该气体成分是_________________,用离子方程式表示产生上述现象的原因:__________________
Ⅱ、已知25 ℃时Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20,
Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Al(OH)3]=1.1×10-33
(1)①在25 ℃下,向浓度均为0.1 mol·L-1的AlCl3和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成________沉淀(填化学式)。
②用MgCl2、AlCl3的混合溶液(A) 与过量氨水(B) 反应,为使Mg2+、Al3+同时生成沉淀,应先向沉淀反应器中加入________(填“A”或“B”),再滴加另一反应物。
(2)溶液中某离子物质的量浓度低于1.0×10-5 mol·L-1时,可认为已沉淀完全。现向一定浓度的AlCl3和FeCl3的混合溶液中逐滴加入氨水,当Fe3+完全沉淀时,测定c(Al3+)=0.2 mol·L-1。此时所得沉淀中________(填“还含有”或“不含有”)Al(OH)3。请写出计算过程____________________________________
试题篮
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