高中化学常见气体制备原理及装置选择简答题

(15分)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__________。

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          。

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。

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）＝     。

（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             。

（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）

按要求完成下列问题：
（1）系统命名法为____________________ ,
（2）4―甲基―1―戊烯的键线式为  __________________________ ,
（3）写出乙醛与新制氢氧化铜反应化学方程式 ____________________________________,
（4）下列有关实验的说法不正确的是_____________。

A．制乙烯时，温度计应插入反应混合液中

B．检验C2H5Cl中氯元素时，将C2H5Cl和NaOH水溶液混合加热，然后用稀硫酸酸化，再加入AgNO3溶液

C．做过银镜反应的试管用氨水洗涤，做过苯酚的试管用酒精洗涤

D．将一定量CuSO4和NaOH溶液混合后加入甲醛溶液，加热未产生砖红色沉淀，原因可能是NaOH量太少

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

(NH₄)₂Fe(SO₄)₂俗称莫尔盐，其常见的制备工艺流程如下：

（1）已知流程中铁粉制备反应如下：
4 H₂O(g) +3Fe(s)Fe₃O₄(s)十4H₂(g) △H ="a" kJ /mol
Fe₃O₄(s) =" 3" Fe(s)+ 2O₂(g) △H ="b" kJ/mol
则光解气态水制备H₂的热化学方程式为             。
（2）步骤I中加水发生如下反应，请完善该反应：    +2H₂O 2H⁺+ H₂TiO₃ ↓；
该步骤加入铁粉的作用是①            ；②            。
（3）步骤Ⅳ生成(NH₄)₂Fe(SO₄)₂，其化学反应方程式为               ；
写出(NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液中各离子溶度由大到小的顺序：
（4）已知在潮湿空气中Fe(OH)₂比FeCl₂更易被氧化。据此分析(NH₄)₂Fe(SO₄)₂比FeSO₄稳定的原因是                       。
（5）室温时Fe(OH)₃的悬浊液中存在Fe(OH)₃(s)Fe³⁺(aq)+3OH^-(aq) Ksp[Fe(OH)₃] =8ⅹ10^-32若此悬浊液中 c(Fe³⁺)="0.08" mol·L^-1则溶液的pH等于                   。

由钛铁矿（主要成分是TiO₂、少量FeO和Fe₂O₃）制备TiCl₄、绿矾等产品的一种综合工艺流程图如下：

【提示】TiO²⁺的水解平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O TiO₂．n H₂O+2H⁺
回答下列问题：
（1）硫酸与二氧化钛反应的离子方程式是                                         。
（2）已知：TiO₂（s）+2Cl₂(g）=TiCl₄(l）+O₂(g）      ΔH =+140 kJ·mol^－1
2C(s）+O₂(g）=2CO(g）           ΔH =-221kJ·mol^－1
写出④中TiO₂和焦炭、氯气反应生成液态TiCl₄和CO气体的热化学方程式：          。
（3）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生。
A：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺
B：2 TiO²⁺(无色） +Fe+4H⁺＝2Ti³⁺(紫色）+ Fe²⁺+2H₂O
C：Ti³⁺(紫色）+ Fe³⁺+H₂O＝TiO²⁺(无色） +Fe²⁺+2H⁺
I．结合信息判断Fe³⁺、TiO²⁺、 H⁺氧化性强弱：     >        >       
II．加入铁屑的作用是                                                       。
（4）往②中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，析出水合二氧化钛沉淀。
请用化学平衡理论分析通入高温水蒸气的作用：                                  。
（5）依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是            （只要求写出一项）。
（6）绿矾（摩尔质量为278g/mol）可用于生产红色颜料（Fe₂O₃），556akg绿矾，理论上可生产红色颜料___mol。

硝酸铝[Al(NO₃)₃]是一种常用媒染剂。工业上用铝灰（主要含Al、Al₂O₃、Fe₂O₃等）制取硝酸铝晶体[Al(NO₃)₃·9H₂O]的流程如下：

（1）写出反应Ⅰ的离子方程式：     （任写一个）。
（2）若在实验室中完成反应Ⅱ，为避免铝的损失，需要解决的问题是     ，可采取的措施为     。
（3）上述流程中采用减压蒸发，并控制反应Ⅲ中加入的稀硝酸稍过量，其目的是     。
（4）温度高于200℃时，硝酸铝完全分解成氧化铝和两种气体（其体积比为4:1），该反应的化学方程式是     。
（5）若用下图所示实验装置制取Al(NO₃)₃，通入水蒸气的作用是     。

(16分)用芒硝（Na₂SO₄·10H₂O）制备纯碱、铵明矾[NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O]的生产工艺流程图如下所示：

（1）溶液C中的溶质主要是                     。
（2）铵明矾的溶液呈         性，铵明矾可用于净水，用离子方程式说明原理                    。
（3）过程Ⅰ反应温度不能超过40℃，主要原因是                                  。
（4）运用化学平衡原理解释Na₂SO₄溶液稍过量的原因
（5）滤液E中溶质离子为
（6）写出工艺流程中焙烧的反应方程式

某煤渣主要含有Al₂O₃、SiO₂，可制备碱式硫酸铝[Al₂(SO₄)₃·2Al(OH)₃]溶液，用于烟气脱硫，减少SO₂的排放，其制备流程：

已知：25℃，K_sp（CaCO₃）＝2.8×10^－9， K_sp（CaSO₄）＝9.1×10^－6。
（1）操作①的名称          。
（2）酸浸时反应的离子方程式为                 ；为了提高酸浸时铝元素的浸出率，可采取的措施____________________，___________________（写2条）。
（3）固体2的化学式是         ，试分析固体2生成的主要原因（用离子方程式结合文字简要说明）                                                         。
（4）碱式硫酸铝溶液吸收SO₂生成Al₂(SO₄)₃·Al₂(SO₃)₃，再向该溶液通入足量空气，生成一种硫酸盐，用于制备碱式硫酸铝溶液的循环使用，试写出有关反应的化学方程式：          ，          。

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。

制备多晶硅（硅单质的一种）的副产物以SiCl₄为主，其对环境污染很大，遇水强烈水解，放出大量热量。研究人员利用SiCl₄水解生成的盐酸和钡矿粉（主要成份为BaCO₃，含有钙、铁、镁等离子）制备BaCl₂·2H₂O，流程为：

已知常温下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分别是3.4和12.4；
（1）①SiCl₄水解控制在40℃以下的原因是                                   。
②已知：SiCl₄(s)+H₂(g)=SiHCl₃(s)+HCl(g) ΔH₁=47 kJ/mol
SiHCl₃(s)+H₂(g)=Si(s)+3HCl(g)  ΔH₂=189 kJ/mol
则SiCl₄被H₂还原制备硅的热化学方程式                             。
（2）加钡矿粉时生成BaCl₂的离子反应方程式                               。
（3）过滤②的滤渣A的成分化学式为       ；接着往滤液中加20% NaOH调节pH=12.5，控制温度70℃时，滤渣B的主要成分的化学式          ，控制温度70℃的目的        。
（4）滤液③经                、过滤等操作，再经真空干燥后得到BaCl₂·2H₂O。