高中化学晶格能的应用试题

【化学——选修2：化学与技术】
常见锌锰干电池因含有汞、酸或碱等，废弃后进入环境将造成严重危害。某化学兴趣小组拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。

（1）填充物用60℃温水溶解，目的是                                  。
（2）操作A的名称为             。
（3）铜帽溶解时加入H₂O₂的目的是                            （用化学方程式表示）。铜帽溶解完全后，可采用_________方法除去溶液中过量的H₂O₂。
（4）碱性锌锰干电池电解质为KOH，总反应Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn(OH)₂，其负极的电极反应式为                        。
(5)滤渣的主要成分为含锰混合物，向含锰混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不断搅拌至无气泡为止。主要反应为2MnO(OH)+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O。
①当1 mol MnO₂参加反应时，共有      mol电子发生转移。
②MnO(OH)与浓盐酸在加热条件下也可发生反应，试写出该应的化学方程式：         。
（6）锌锰干电池所含的汞可用KMnO₄溶液吸收。在不同pH下，KMnO₄溶液对Hg的吸收率及主要产物如下图所示：

根据上图可知：
①pH对Hg吸收率的影响规律是随pH升高，汞的吸收率             。
②在强酸性环境下Hg的吸收率高的原因可能是KMnO₄在酸性条件下       强。

污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO₂，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下流程既脱除燃煤尾气中的SO₂，又制得电池材料MnO₂（反应条件已省略）．

请回答下列问题：
（3）已知：25℃、101kPa时，
Mn（s）+O₂（g）═MnO₂（s）△H=-520kJ•mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297kJ•mol^-1
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）═MnSO₄（s）△H=-1065kJ•mol^-1
SO₂与MnO₂反应生成无水MnSO₄的热化学方程式是____________________________________。
（2）用离子方程式表示用MnCO₃除去Al³⁺和Fe³⁺的原理（任选其一即可）：_______________。
（3）用离子方程式表示用MnS除去Cu²⁺和Ni²⁺的原理（任选其一即可）：___________________________。
（4）MnO₂是碱性锌锰电池的正极材料．碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是__________。
（5）MnO₂可作超级电容器材料．用惰性电极电解MnSO₄溶液可制得MnO₂，其阳极的电极反应式是__________。
（6）假设脱硫的SO₂只与软锰矿浆中MnO₂反应．按照图示流程，将am³（标准状况）含SO₂的体积分数为b%的尾气通入矿浆，若SO₂的脱除率为89.6%，最终得到MnO₂的质量为ckg，则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于MnO₂____________kg。

硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。
已知：硼镁矿主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O，硼砂的化学式为Na₂B₄O₇•10H₂O。利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程为：

回答下列有关问题：
（1）硼砂溶于热水后，常用H₂SO₄调pH2～3制取H₃BO₃，反应的离子方程式为                   。X为H₃BO₃晶体加热脱水的产物，其与Mg制取粗硼的化学方程式为                      。
（2）MgCl₂·7H₂O需要在HCl氛围中加热，其目的是                   。若用惰性电极电解MgCl₂溶液，其阴极反应式为                  。
（3）镁-H₂O₂酸性燃料电池的反应机理为Mg+H₂O₂+2H⁺==Mg²⁺+2H₂O，则正极反应式为                      。若起始电解质溶液pH=1，则pH=2时溶液中Mg²⁺离子浓度为                     。已知Ksp[Mg(OH)₂]=5．610^-12，当溶液pH=6时             (填“有”或“没有”)Mg(OH)₂沉淀析出。
（4）制得的粗硼在一定条件下生成BI₃，BI₃加热分解可以得到纯净的单质硼。现将    0．020g粗硼制成的BI₃完全分解，生成的I₂用0．30mol·L^-1Na₂S₂O₃(H₂S₂O₃为弱酸)溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液18．00mL。盛装Na₂S₂O₃溶液的仪器应为           滴定管(填“酸式”或“碱式”)。该粗硼样品的纯度为                  。(提示：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-)

废旧显示屏玻璃种含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物质。某课题小组以此玻璃粉末为原料，制得Ce(OH)₄和硫酸铁铵矾[Fe₂(SO₄)₃·(NH₄)₂SO₄·24H₂O]，流程设计如下：

已知：Ⅰ.酸性条件洗，铈在水溶液中有Ce³⁺、Ce⁴⁺两种主要存在形式，Ce⁴⁺有较强氧化性；
Ⅱ.CeO₂不溶于稀硫酸，也不溶于氢氧化钠溶液。
回答以下问题：
（1）反应②中过氧化氢的作用是                   。
（2）反应③的离子方程式是                                 。
（3）已知有机物HT能将Ce³⁺从水溶液中萃取出来，该过程可表示为：
2 Ce³⁺（水层）+6HT(有机层) ≒2 CeT₃ (有机层) +6H⁺（水层）
从平衡角度解释：向CeT₃（有机层）加入硫酸获得较纯的含Ce³⁺的水溶液的原因是                。
（4）硫酸铁铵矾[Fe₂(SO₄)₃·(NH₄)₂SO₄·24H₂O]广泛用于水的净化处理，其净水原理用离子方程式解释是                                 。
（5）相同物质的量浓度的以下三种溶液中，铵根离子浓度由大到小的顺序是                     。
a．Fe₂(SO₄)₃·(NH₄)₂SO₄·24H₂O      b．(NH₄)₂SO₄    c．(NH₄)₂CO₃
（6）用滴定法测定制得的Ce(OH)₄产品纯度。

若所用硫酸亚铁溶液在空气中露置一段时间后再进行滴定，则测得该Ce(OH)₄产品的质量分数         。(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)；称取14.00g硫酸铁铵样品，将其溶于水配制成100mL溶液，分成两等份，向其中一份加入足量氢氧化钠溶液，过量洗涤沉淀并烘干灼烧至恒重得到1.60g固体；向另一份溶液中加入0.5mol/L硝酸钡溶液100mL，恰好完全反应。则该硫酸铁铵的化学式为                  。

［化学—选修（二）化学与技术］常见锌锰干电池因含有汞、酸或碱等，废弃后进入环境将造成严重危害。某化学兴趣小组拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。

（1）填充物用60℃温水溶解，目的是                            。
（2）操作A的名称为                  。
（3）铜帽溶解时加入H₂O₂的目的是                      （用化学方程式表示）。铜帽溶解完全后，可采用_________方法除去溶液中过量的H₂O₂。
（4）碱性锌锰干电池的电解质为KOH，总反应为Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn(OH)₂，其负极的电极反应式为            。
（5）滤渣的主要成分为含锰混合物，向含锰混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不断搅拌至无气泡为止。主要反应为 2MnO(OH)+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O。
①当1 mol MnO₂参加反应时，共有          mol电子发生转移。
②MnO(OH)与浓盐酸在加热条件下也可发生反应，试写出该应的化学方程式：                    。
（6）锌锰干电池所含的汞可用KMnO₄溶液吸收。在不同pH下，KMnO₄溶液对Hg的吸收率及主要产物如下图所示：

根据上图可知：
①pH对Hg吸收率的影响规律是随pH升高，汞的吸收率             。
②在强酸性环境下Hg的吸收率高的原因可能是KMnO₄在酸性条件下           强。

CoCl₂·6H₂O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿（主要成分为Co₂O₃、Co（OH）₃，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等）制取CoCl₂·6H₂O的工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的见下表：（金属离子浓度为：0.01mol/L）

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3	Mn（OH）2
开始沉淀	2.7	7.6	7.6	4.0	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

③CoCl₂·6H₂O熔点为86℃，加热至时，失去结晶生成无水氯化钴。
（1）写出浸出过程中Co₂O₃发生反应的离子方程式                     。
（2）写出NaClO₃发生反应的主要离子方程式                         ；若不慎向“浸出液”中加过量NaClO₃时，可能会生成有毒气体，写出生成该有毒气体的离子方程式                    。
（3）“加Na₂CO₃调pH至5.2”，过滤所得到的沉淀成分为                        ，加入萃取剂的目的是                            。
（4）制得的CoCl₂·6H₂O在烘干时需减压烘干的原因是                           。
（5）为测定粗产品中CoCl₂·6H₂O含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量HNO₃酸化的AgNO₃溶液，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量。通过计算发现粗产品中CoCl₂·6H₂O的质量分数大于100%，其原因可能是                                。（答一条即可）

CoCl₂·6H₂O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿（主要成分为Co₂O₃、Co（OH）₃，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等）制取CoCl₂·6H₂O的工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：（金属离子浓度为：0.01mol/L）

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3	Mn（OH）2
开始沉淀	2.7	7.6	7.6	4.0	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

③CoCl₂·6H₂O熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶生成无水氯化钴。
（1）写出浸出过程中Co₂O₃发生反应的离子方程式                                 。
（2）写出NaClO₃发生反应的主要离子方程式                ；若不慎向“浸出液”中加过量NaClO₃时，可能会生成有毒气体，写出生成该有毒气体的离子方程式                。
（3）“加Na₂CO₃调pH至5.2”，过滤所得到的沉淀成分为                        ，加入萃取剂的目的是                           。
（4）制得的CoCl₂·6H₂O在烘干时需减压烘干的原因是                           。
（5）为测定粗产品中CoCl₂·6H₂O含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量HNO₃酸化的AgNO₃溶液，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量。通过计算发现粗产品中CoCl₂·6H₂O的质量分数大于100%，其原因可能是                           。（答一条即可）

氯酸镁[Mg（ClO₃）₂]常用作催熟剂、除草剂等，实验室制备少量Mg（ClO₃）₂·6H₂O的流程如下：

已知：①卤块主要成分为MgCl₂·6H₂O，含有MgSO₄、FeCl₂等杂质②四种化合物的溶解度（S）随温度（T）
变化曲线如图所示。

回答下列问题：
（1）过滤时主要的玻璃仪器有                          
（2）加入BaCl₂的目的是除去杂质离子，检验已沉淀完全的方法是                
（3）加速卤块在H₂O₂溶液中溶解的措施有：                       （写出一条即可）
（4）加入MgO的作用是                       ；滤渣的主要成分为                       
（5）向滤液中加入NaClO₃饱和溶液后，发生反应的化学方程式为：MgCl₂+2NaClO₃= Mg（ClO₃）₂↓+2NaCl，再进一步制取Mg（ClO₃）₂·6H₂O的实验步骤依次为①           ；②趁热过滤；③              ；④过滤、洗涤、干燥。
（6）产品中Mg（ClO₃）₂·6H₂O含量的测定：
步骤1：准确称量3．50 g产品配成100 mL溶液。
步骤2： 取10．00 mL于锥形瓶中，加入10．00 mL稀硫酸和20．00mL 1．000 mol·L^－1的FeSO₄溶液，微热。
步骤3：冷却至室温，用0．l000 mol·L^－1K₂Cr₂O₇溶液滴定剩余的Fe²⁺至终点，此过程中反应的离子方程式为：Cr₂O₇^2- + 6Fe²⁺ + 14H⁺ = 2Cr³⁺ +6Fe³⁺+7H₂O。
步骤4：将步骤2、3重复两次，计算得平均消耗K₂Cr₂O₇溶液15．00 mL。
①写出步骤2中发生反应的离子方程式（还原产物为Cl^－）               
②产品中Mg（ClO₃）₂·6H₂O的质量分数为（保留一位小数）               

钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成一个产业链（如图所示），将大大提高资源的利用率，减少环境污染。

请回答下列问题：
（1）Fe位于元素周期表中第________________周期，第_______________族。
（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得到四氯化钛的化学方程式                     。
（3）制备TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂·x H₂O，再经焙烧制得。水解时需加入大量的水并加热，请结合化学方程式和必要的文字说明原因：
（4）反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于                  ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	－25．0	648．8	714	1667
沸点/℃	136．4	1090	1412	3287

 
（5）用氧化还原滴定法测定TiO₂的质量分数：一定条件下，将TiO₂溶解并还原为Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示剂，用NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺。滴定分析时，称取TiO₂（摩尔质量为M g/mol）试样w g，消耗c mol/L NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液V mL，则TiO₂质量分数为___________________。（用代数式表示）
（6）由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）。若不考虑生产过程中物质的任何损失，上述产业链中每合成6mol甲醇，至少需额外补充H₂                mol。

二价铬不稳定, 极易被氧气氧化。醋酸亚铬水合物{ [Cr（CH₃COO）₂]₂·2H₂O，相对分子质量为376｝是一种深红色晶体，不溶于冷水和醚，易溶于盐酸，是常用的氧气吸收剂。实验室中以锌粒、CrCl₃溶液、醋酸钠溶液和盐酸为主要原料制备醋酸亚铬水合物，其装置如下图所示：

制备过程中发生的反应如下：
Zn（s）+ 2HCl（aq）= ZnCl₂（aq）+ H₂（g）；
2CrCl₃（aq）+ Zn（s）= 2CrCl₂ （aq）+ ZnCl₂（aq）
2Cr²⁺（aq）+ 4CH₃COO^—（aq）+ 2H₂O（l）= [Cr（CH₃COO）₂]₂·2H₂O （s）
请回答下列问题：
（1）仪器1的名称是                 ,所盛装的试剂是                      。
（2）本实验中所用的溶液，配制用的蒸馏水都需事先煮沸，原因是              。
（3）装置4的主要作用是                       。
（4）实验开始生成H₂气后,为使生成的CrCl₂溶液与CH₃COONa溶液顺利混合，应                   阀门A、                   阀门B （填“打开”或“关闭”）。
（5）本实验中锌粒须过量，其原因是              ，                 。
（6）已知其它反应物足量，实验时取用的CrCl₃溶液中含溶质6．34 g，实验后得干燥纯净的[Cr（CH₃COO）₂]₂·2H₂O 5．64 g，请列式计算该实验所得产品的产率               。
（7）若使用该装置制备Fe（OH）₂，且能较长时间看到Fe（OH）₂白色沉淀现象。则在1、2、3中应装入的试剂依次为            、           、         。（写化学式）

I、硫铁矿烧渣（主要成分为Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、SiO₂等）是工业生产硫酸产生的废渣，其综合利用对环境保护具有现实意义。利用硫铁矿烧渣制备铁红等产品的实验流程如下：

已知几种盐的溶解度随温度变化的曲线如下图所示：

回答下列问题：
（1）酸浸、过滤后滤液中的金属阳离子是________________。
（2）煅烧FeCO₃生成产品I和CO₂的化学反应方程式为                  。实验室进行煅烧操作所需仪器除了酒精灯、泥三角、三脚架、玻璃棒外，还有________________。
（3）生成产品Ⅱ的化学方程式为                      。为了获得产品Ⅱ，向（NH₄）₂SO₄溶液中加入KCl溶液后，还需要进行的操作是：              、            、洗涤、干燥。
II、天然气（主要成分甲烷）含有少量含硫化合物[硫化氢、羰基硫（COS）等]，可以用氢氧化钠溶液洗涤除去．羰基硫用氢氧化钠溶液处理的过程如下（部分产物已略去）：COSNa₂S溶液H₂
（4）羰基硫分子的电子式为                   。反应I除生成两种正盐外，还有水生成，其化学方程式为                         。
（5）已知反应II的产物X溶液中硫元素的主要存在形式为S₂O₃^2﹣，则II中主要反应的离子方程式为                   。
（6）下图是反应II在不同反应温度下,反应时间与H₂产量的关系图（Na₂S初始含量为3mmo1）。

a．判断T₁、T₂、T₃的大小：            >            >          ；
b．在T₁温度下，充分反应后，若X溶液中除S₂O₃^2﹣外，还有因发生副反应而同时产生的SO₄^2﹣，则溶液中c（S₂O₃^2﹣）：c（SO₄^2﹣）=                    。

(10分）碳酸铈[Ce₂(CO₃）₃]为白色粉末，难溶于水，主要用作生产铈的中间化合物。它可由氟碳酸铈精矿经如下流程。

（1）氟碳酸铈的化学式为为CeFCO₃，该化合物中，Ce的化合价为              。
（2）氧化焙烧生成的铈化合物为二氧化铈(CeO₂），其在酸浸时发生反应的离子方程式为            。
（3）试剂X是                 。
（4）若试剂X改为氢氧化钠溶液，则反应生成难溶物—一氢氧化铈(Ⅲ），其暴露于空气中时变成紫色，最终变成黄色的氢氧化高铈(Ⅳ）。氢氧化铈在空气中被氧化成氢氧化高铈的化学方程式为                。
（5）取(4）中得到的Ce(OH）₄产品（质量分数为97%）1.00 g，加硫酸溶解后，用0.1000mol·L^-1的FeSO₄溶液滴定至终点（铈被还原成Ce³⁺），则需要滴加标准溶液的体积为          mL。

七水硫酸镁（MgSO₄•7H₂O）在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用，利用化工厂生产硼砂的废渣﹣硼镁泥可制取七水硫酸镁。硼镁泥的主要成分是MgCO₃，还含有其他杂质（MgO、SiO₂、Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃、MnO等）．
表1 部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2	Mg（OH）2
pH值	5．2	3．2	9．7	10．4	11．2

表2 两种盐的溶解度（单位为g/100g水）

温度/℃	10	30	40	50	60
CaSO4	0．19	0．21	0．21	0．20	0．19
MgSO4•7H2O	30．9	35．5	40．8	45．6	/

硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下：

根据以上流程图并参考表格pH数据和溶解度数据，试回答下列问题：
（1）过滤I的滤液中加入硼镁泥，调节溶液的pH=5～6，再加入NaClO溶液加热煮沸，将溶液中的Mn²⁺氧化成MnO₂，反应的离子反应方程式为      ．加热煮沸的主要目的是      ．
（2）沉淀B中除MnO₂、SiO₂外还含有      （填化学式）等物质．
（3）检验过滤Ⅱ后的滤液中是否含有Fe³⁺的实验方法是                ；
（4）沉淀C的化学式是      ．过滤Ⅲ需趁热过滤的理由是      ．

利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料．LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得．

（1）利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液．B极区电解液为      溶液（填化学式），阳极电极反应式为      ，电解过程中Li⁺向      电极迁移（填“A”或“B”）．
（2）利用钴渣[含Co（OH）₃、Fe（OH）₃等]制备钴氧化物的工艺流程如下：

Co（OH）₃溶解还原反应的离子方程式为      ，铁渣中铁元素的化合价为    ，在空气中煅烧CoC₂O₄生成钴氧化物和CO₂，测得充分煅烧后固体质量为2.41g，CO₂的体积为1.344L（标准状况），则钴氧化物的化学式为     。

硼镁泥是一种工业废料，主要成份是MgO（占40%），还有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业。从硼镁泥中提取MgSO₄·7H₂O的流程如下：

已知：某些氢氧化物沉淀的pH如下表所示：

氢氧化物	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Mg（OH）2	9.3	10.8
Fe（OH）2	7.6	9.6
Fe（OH）3	2.7	3.7
Al（OH）3	3.7	4.7

根据题意回答第（1）～（6）题：
（1）在酸解过程中，欲加快酸解时的化学反应速率，请提出两种可行的措施：______、_____。
（2）加入的NaClO可与Mn²⁺反应：Mn²⁺ + ClO^－ + H₂O ＝ MnO₂↓ + 2H⁺ + Cl^－，还有一种离子也会被NaClO氧化，并发生水解，该反应的离子方程式为          。
（3）滤渣的主要成份除含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂外，还有         。
（4）已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如下表：

温度（℃）	40	50	60	70
MgSO4	30.9	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.210	0.207	0.201	0.193

“除钙”是将MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，根据上表数据，简要说明操作步骤是蒸发浓缩，        。“操作I”是将滤液继续蒸发浓缩，冷却结晶，         ，便得到了MgSO₄·7H₂O。
（5）实验中提供的硼镁泥共100 g，得到的MgSO₄·7H₂O为172.2 g，计算MgSO₄·7H₂O的产率为       （保留两位有效数字）。
（6）金属镁可用于自然水体中铁件的电化学防腐，完成下图防腐示意图，并作相应标注。