高中化学常见气体制备原理及装置选择简答题

实验室里若用如图所示装置制取氨气，试用表格形式列出图中装置的错误之处，并用文字简要说明如何改正。

I．下列说法中正确的是_________。
A．制作航天服的聚脂纤维是新型无机非金属材料
B．肥皂可以用来去油污
C．金属的腐蚀属于物理变化
D．煤的气化属于化学变化
II．如图是找国科技工作者研制的以尿素为原料生产三聚氰胺(C₃N₆H₆)的工艺——“常压气相一步法联产纯玻新技术”:

已知：①尿素的熔点是132．7℃ ，常压下超过160℃即可分解；②三聚氰胺的熔点是354℃，加热易升华，微溶于水。
请回答下列问题：
（1）以尿素为原料生产三聚氮胺的原理：____CO(NH₂)₂______C₃N₆H₆+___NH₃↑+__CO₂↑
(配平化学方程式，在横线上填上相应物质的化学计量数)，在实验室使尿素熔化的容器的名称为________。
（2）写出下列物质中主要成分的化学式：产品2_____、X_____ 。
（3）联氨系统沉淀池中发生反应的化学方程式为____________。
（4）为了使母液中析出更多的产品2，常用的方法是________。
A．加人NaOH固体      B．加入NaHCO₃固体      C．通人CO₂         D．通入NH₃

某NiO的废料中有FeO、CuO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等杂质，用此废料提取NiSO₄和Ni的流程如下：

已知：有关金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：

（1）滤渣1的主要成分为               。
（2）从滤液2中获得NiSO₄.6H₂O的实验操作          、             、过滤、洗涤、干燥。
（3）用离子方程式解释加入H₂O₂的作用                    。
（4）加NiO调节溶液的pH至5，则生成沉淀的离子方程式有                      。
（5）电解浓缩后的滤液2可获得金属镍，其基本反应原理如图：

①A电极反应式为                      和2H⁺+2e^- =H₂↑。
②若一段时间后，在A、B两极均收集到11.2L气体(标准状况下)，能得到Ni          g。

【化学——选修化学与技术】明矾石经处理后得到明矾[ KAl（SO₄）₂·12H₂O]。从明矾制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的工艺过程如下所示：

焙烧明矾的化学方程式为：4KAl（SO₄）₂·12H₂O+3S＝2K₂SO₄ +2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O
请回答下列问题：
（1）在焙烧明矾的反应中，还原剂是              ；
（2）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是         ；
（3）A1₂O₃在一定条件下可制得AIN，其晶体结构如图所示，该晶体中Al的配位数是      ；

（4）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，该电池反应的化学方程式是         ；
（5）焙烧产生的SO₂可用于制硫酸。已知25℃、101 kPa时：
2SO₂（g） +O₂（g）2SO₃（g）         △H₁= 一197 kJ/mol；
2H₂O （g）＝2H₂O（1）                   △H₂＝一44 kJ/mol；
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）＝2H₂SO₄（l）     △H₃＝一545 kJ/mol。
则SO₃（g）与H₂O（l）反应的热化学方程式是           ；
（6）焙烧948吨明矾（M＝474g/mol ），若SO₂的利用率为96%，可生产质量分数为98％的硫酸    吨。

铝是地壳中含量最多的金属元素，其单质和化合物广泛应用于日常生活中。
（1）铝粉和铁的氧化物（FeO·Fe₂O₃）可配成铝热剂用于焊接钢轨，反应的化学方程式是            。
（2）NaOH溶液可以除去铝表面的氧化膜，在处理过程中常会产生H₂，产生H₂的离子方程式是          。
（3）工业上以铝土矿（Al₂O₃·H₂O）为原料生产铝，主要包括下列过程：
i．将粉粹、筛选后的铝土矿溶解在NaOH溶液中；
ii．加入过量的试剂A使所得溶液中析出Al（OH）₃固体；
iii．使Al（OH）₃脱水生成Al₂O₃；
iv．电解熔融Al₂O₃生成Al。
铝土矿粉粹的目的是               ，试剂A的化学式是         ，电解熔融Al₂O₃时，加入冰晶石，其作用是               。
（4）明矾化学式为KAl（SO₄）₂·12H₂O，向明矾溶液中加入Ba（OH）₂溶液，当溶液中的SO₄^2－恰好沉淀时，铝元素的存在形式是         。
（5）美国普度大学研究开发出一种利用铝镓（镓：Ga）合金制取氢气的新工艺（如下图所示）。

i．写出常温下铝镓合金产生氢气的化学方程式                。
ii．下列有关该工艺的说法正确的是         。

A．该过程中，能量的转化形式只有两种

B．铝镓合金可以循环使用

C．铝镓合金的熔点比金属铝低

D．该工艺可利用太阳能分解水

晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl₃：Si+3HClSiHCl₃+H₂
③SiHCl₃与过量H₂在1000℃～1100℃反应制得纯硅
已知SiHCl₃能与H₂O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：
（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为__________________。
（2）粗硅与HCl反应完全后,经冷凝得到的SiHCl₃（沸点33.0℃）中含有少量SiCl₄（沸点57.6℃）和HCl（沸点-84.7℃），提纯SiHCl₃采用的方法为________________。
（3）用SiHCl₃与过量H₂反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：

①装置B中的试剂是______。装置C中的烧瓶需要水浴加热，其目的是_____。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_______________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_______________，装置D中发生反应的化学方程式为_____________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂（填写字母代号）是____________。
a.碘水    
b．氯水      
c．NaOH溶液    
d．KSCN溶液     
e．Na₂SO₃溶液

水是重要的自然资源，与人类的发展密切相关。
（1）25℃时，水能按下列方式电离：
H₂O＋H₂OH₃O^＋＋OH^－  K₁＝1.0×10^－14
OH^－＋H₂OH₃O^＋＋O^2－  K₂＝1.0×10^－36
水中c(O^2－) ＝              mol·L^－1（填数值）。
（2）水广泛应用于化学反应。将干燥的碘粉与铝粉混合未见反应，滴加一滴水后升起紫色的碘蒸气，最后得到白色固体。有关该实验的解释合理的是        。

A．加水使碘和铝粉形成溶液	B．水作氧化剂
C．碘粉与铝粉反应是放热反应	D．水作催化剂

（3）铁酸铜（CuFe₂O₄）是很有前景的热化学循环分解水制氢的材料。
ⅰ.某课外小组制备铁酸铜（CuFe₂O₄）的流程如下：

搅拌Ⅰ所得溶液中Fe(NO₃)₃、Cu(NO₃)₂的物质的量浓度分别为2.6 mol·L^－1、 1.3 mol·L^－1。
①搅拌Ⅰ所得溶液中Fe元素的存在形式有Fe^3＋和            （填化学式）。
②搅拌Ⅱ要跟踪操作过程的pH变化。在滴加KOH溶液至pH＝4的过程中（假设溶液体积不变），小组同学绘制溶液中c(Fe^3＋)、c(Cu^2＋)随pH变化的曲线如下图，其中正确的是     （用“A”、“B”填空）。
（已知：K_sp[Fe(OH)₃]＝2.6×10^－39、K_sp[Cu(OH)₂]＝2.2×10^－20）

③操作Ⅲ为         、          。
ⅱ.在热化学循环分解水制氢的过程中，铁酸铜（CuFe₂O₄）先要煅烧成氧缺位体（CuFe₂O_4－a），氧缺位值（a）越大，活性越高，制氢越容易。
④氧缺位体与水反应制氢的化学方程式为                      。
⑤课外小组将铁酸铜样品在N₂的气氛中充分煅烧，得氧缺位体的质量为原质量的96.6%，则氧缺位值（a）＝     。

（原创）三聚氰胺（化学式：C₃N₆H₆）是一种重要有机化工原料。下图是我国科技工作者研制的以尿素为原料生产三聚氰胺的工艺——“常压气相一步法联产纯碱新技术”：

已知：以尿素为原料生产三聚氰胺的原理是：6 CO(NH₂)₂C₃N₆H₆ +6 NH₃+3CO₂
请回答：
（1）尿素的结构式为          
（2）已知：产品1是本工艺的主产品，产品2是副产品，X为循环使用的物质，产品3为纯碱。写出各主要成份的化学式：产品1          产品2           X
（3）联氨系统沉淀池中发生的化学反应方程式为：          
（4）为了使母液中析出更多的产品2 ，常用的方法是          

A．加入固体NaCl	B．加入固体NaHCO3
C．通入CO2气体	D．通入NH3

（5）若生产过程中有4%的尿素损耗，每吨尿素理论上可得副产品纯碱       吨（精确到0．001）

镁是海水中含量较多的金属，镁合金及其镁的化合物用途非常广泛。
（1）“镁-次氯酸盐”燃料电池的装置如下图所示：

该电池的正极反应式为                                  。
（2）Mg₂Ni是一种储氢合金，已知：
Mg(s) + H₂(g)MgH₂(s)            △H₁＝－74．5kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s) + 2H₂(g)Mg₂NiH₄(s)      △H₂＝－64．4kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s)+2MgH₂(s)2Mg(s)+Mg₂NiH₄(s)的△H₃＝          。
（3）一种用水氯镁石(主要成分为MgCl₂·6H₂O)制备金属镁工艺的关键流程如下：

①为探究MgCl₂•6H₂O“一段脱水”的合理温度范围，某科研小组将MgCl₂•6H₂O在不同温度下分解，测得残留固体物质的X-射线衍射谱图如下图所示(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在)。

测得E中Mg元素质量分数为60．0%，则E的化学式为       。
②若电解时电解槽中有水分，则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应，使阴极表面产生MgO钝化膜，降低电解效率。生成MgO的化学方程式为                  。
（4）储氢材料Mg(AlH₄)₂在110~200°C的反应为：Mg(AlH₄)₂MgH₂ +2A1+3H₂↑每生成27gAl转移电子的物质的量为_______________。

工业制硫酸生产流程如下图：

已知：在450℃，常压下，2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)，ΔH＝－196 kJ·mol^－1。请回答：
（1）在催化反应室，下列措施中有利于提高SO₂平衡转化率的有            ；
A．升高温度        B．减少压强       C．不断补充空气       D．及时分离出SO₃
（2）在生产中，为提高催化剂效率可采取的措施为            ；
A．净化气体                                B．控制温度在400～500℃
C．增大催化剂与反应气体的接触面积          D．不断补充空气
（3）在450℃、常压和钒催化条件下向一密闭容器中充入2molSO₂和1molO₂，充分反应后，放出的热量______(填“<”、“>”或“=”)196kJ。
（4）经检测生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO₂7％、O₂11％、N₂82％。在500℃，0．1MPa条件下，现有100L原料气参加反应，达到平衡时，气体的总体积变为97．2L，则SO₂的转化率为          。

(15分)四川省钙芒硝矿(主要成分CaSO₄•Na₂SO₄)资源丰富。钙芒硝矿可生产具有广泛用途的芒硝(Na₂SO₄•10H₂O)和元明粉(Na₂SO₄)，其简要生产流程如下图所示。

请回答下列问题：
（1）浸取Na₂SO₄时，加入少量Na₂CO₃可使钙芒硝矿中的部分CaSO₄转化为CaCO₃，破坏钙芒硝矿结构，从而促进Na₂SO₄的浸取。CaSO₄能转化为CaCO₃的原因是_________________________。
（2）向Na₂SO₄的浸取液中加入适量烧碱和纯碱，Ca²⁺和Mg²⁺分别生成①________、②_________（填化学式）被过滤除去。
（3）根据下图溶解度曲线，可采用冷却结晶法从含少量NaCl的Na₂SO₄饱和溶液中制得芒硝的原因是___________________________________________________________________________。

（4）已知：25℃、101kPa时，
2C(s) + O₂(g) ="=" 2CO(g)    ΔH₁ = —222kJ/mol
4Na₂SO₃(s) ="=" 3Na₂SO₄(s) + Na₂S(s)    ΔH₂ = —122kJ/mol
2Na₂SO₃(s) + O₂(g) ="=" 2Na₂SO₄(s)    ΔH ₃= —572kJ/mol
元明粉经碳还原制备Na₂S的热化学方程式是__________________________________________________。
（5）如图，用惰性电极电解Na₂SO₄溶液，阳极区制得H₂SO₄溶液，阴极区制得NaOH溶液。其电解总反应的化学方程式是：______________________________。

（6）芒硝加热至70℃时，得到Na₂SO₄的饱和溶液(结晶水作溶剂，忽略加热过程中水的蒸发)和无水Na₂SO₄。若3220kg芒硝加热至70℃时，可析出元明粉(Na₂SO₄)的质量是________kg。

为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（铁主要以存在）转变成重要的化工原料（反应条件略）。

活化硫铁矿还原的主要反应为：，不考虑其他反应。请回答下列问题：
（1）第Ⅰ步与反应的离子方程式是。
（2）检验第Ⅱ步中是否完全还原，应选择（填字母编号）。
A．溶液       B．溶液        C．溶液
（3）第Ⅲ步加调溶液到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空气使溶液降到5.2，此时不沉淀，滤液中铝、硅杂质除尽。通入空气引起溶液降低的原因是。
（4）可转化为，在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25℃，101时：            

                  

     

在空气中加热反应生成的热化学方程式是。
（5）在一定条件下可制得(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为，正极反应式是。
（6）假如烧渣中的铁全部视为，其含量为50%。将质量分数为%的硫酸加入到烧渣中浸取，铁的浸取率为96%，其他杂质浸出消耗的硫酸以及调后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程，第Ⅲ步应加入。

(12分)软锰矿(主要成分MnO₂，杂质金属元素Fe、Al、Mg等)的水悬浊液与烟气中SO₂反应可制备MnSO₄·H₂O ，反应的化学方程式为：MnO₂＋SO₂=MnSO₄
（1）质量为17．40g纯净MnO₂最多能氧化_____L(标准状况)SO₂。
（2）已知：K_sp[Al(OH)₃]=1×10^－33，K_sp[Fe(OH)₃]=3×10^－39，pH=7．1时Mn(OH)₂开始沉淀。室温下，除去MnSO₄溶液中的Fe^3＋、Al^3＋(使其浓度小于1×10^－6mol·L^－1)，需调节溶液pH范围为________。
（3）下图可以看出，从MnSO₄和MgSO₄混合溶液中结晶MnSO₄·H₂O晶体，需控制结晶温度范围为_______。

（4）准确称取0．1710gMnSO₄·H₂O样品置于锥形瓶中，加入适量H₂PO₄和NH₄NO₃溶液，加热使Mn^2＋全部氧化成Mn^3＋，用c(Fe^2＋)=0．0500mol·L^－1的标准溶液滴定至终点(滴定过程中Mn^3＋被还原为Mn^2＋)，消耗Fe^2＋溶液20．00mL。计算MnSO₄·H₂O样品的纯度(请给出计算过程)

硼氢化钠（）在化工等领域具有重要的应用价值，某研究小组采用偏硼酸钠NaBO₂为主要原料制备，其流程如下：

已知：常温下能与水反应，可溶于异丙酸（沸点：13℃）。
（1）在第①步反应加料之前，需要将反应器加热至100℃以上并通入氩气，该操作的目的是，原料中的金属钠通常保存在中，实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有，，玻璃片和小刀等。
（2）请配平第①步反应的化学方程式：
+□+□+□==□+□

（3）第②步分离采用的方法是；第③步分离（）并回收溶剂，采用的方法是。
（4）与水反应生成和氢气，在25℃，101下，已知每消耗3.8克放热21.6，该反应的热化学方程式是。

（一） 尿素又称碳酰胺，是含氮量最高的氮肥，工业上利用二氧化碳和氨气在一定条件下合成尿素。其反应分为如下两步：
第一步：2NH₃（l）＋CO₂（g）H₂NCOONH₄（氨基甲酸铵）（l）   △H₁= -330．0 kJ·mol^－1
第二步：H₂NCOONH₄（l）H₂O（l）＋H₂NCONH₂（l）  △H₂=" +" 226．3 kJ·mol^－1
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0．5 m³ 密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第     步反应决定。
②反应进行到10 min时测得CO₂的物质的量如上图所示，则用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）＝   mol/（L·min）。
③当反应在一定条件下达到平衡，若在恒温、恒容下再充入一定量气体He，则CO（NH₂）₂（l）的质量_________（填“增加”、“减小”或“不变”）。
（二）氨是制备尿素的原料，NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
氨气溶于水得到氨水，在25℃下，将amol/L的氨水与bmol/L的硫酸以3∶2体积比混合反应后溶液呈中性。用含a和b的代数式表示出氨水的电离平衡常数为_________。
（三）氢气是合成氨的原料。“氢能”将是未来最理想的新能源。
（1）在25℃,101KPa条件下，1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出142．9kJ热量，则表示氢气燃烧热的热化学方程式为                                          。
（2）氢气通常用生产水煤气的方法制得。其中C（s）+ H₂O（g）CO（g）+H₂（g），在850℃时平衡常数K=1。若向1升的恒定密闭真空容器中同时加入x mol C和6．0mol H₂O。
①当加热到850℃反应达到平衡的标志有______________ 。

A．容器内的压强不变

B．消耗水蒸气的物质的量与生成CO的物质的量相等

C．混合气的密度不变

D．单位时间有n个H-O键断裂的同时有n个H-H键断裂

②x应满足的条件是                 。
（四）CO₂是合成尿素的原料，但水泥厂生产时却排放出大量的CO₂。华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示：

（1）上述生产过程的能量转化方式是                                      。
（2）上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为        ，阴极的电极反应式为             。