高中化学常见气体制备原理及装置选择简答题

(14分)甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用。工业上用天然气为原料，分为两阶段制备甲醇：
（i）制备合成气：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) △H₁＝＋206.0kJ/mol
（ii）合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) △H₂
请回答下列问题：
（1）制备合成气：将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O(g)通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应（i）；CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①已知100℃时达到平衡的时间为5min，则从反应开始到平衡，用氢气表示的平均反应速率为：v(H₂) ＝  。
②图中p₁  p₂（填“＜”、”“＞”或“＝”）。
③为解决合成气中H₂过量而CO不足的问题，原料气中需添加CO₂，发生反应如下：
CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)，为了使合成气配比最佳，理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为  。
（2）合成甲醇：在Cu₂O/ZnO作催化剂的条件下，向2L的密闭容器中通入1mol CO(g)和2mol H₂(g)，发生反应(ii)，反应过程中，CH₃OH的物质的量（n）与时间（t）及温度的关系如图所示。

①应（ii）需在   （填“高温”或“低温”）才能自发进行。
②据研究，反应过程中起催化作用的为Cu₂O，反应体系中含少量的CO₂ 有利于维持Cu₂O的量不变，
原因是  （用化学方程式表示）。
③在500℃恒压条件下，请在上图中画出反应体系中n(CH₃OH)随时间t变化的总趋势图。
（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为：
CH₃OH(g)+CO(g)HCOOCH₃(g) ，科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是   。 (填“3.5×10⁶Pa”、“4.0×10⁶Pa”或“5.0×10⁶Pa”)。
②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是    。

(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__________。

世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒，而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯。二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，易溶于水、不稳定、呈黄绿色，在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。实验室以电解法制备ClO₂的流程如下：

已知：①NCl₃是黄色黏稠状液体或斜方形晶体，极易爆炸，有类似氯气的刺激性气味，自然爆炸点为95℃，在热水中易分解，在空气中易挥发，不稳定。
②气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
回答下列问题：
（1）电解时，发生反应的化学方程式为                     。
实验室制备气体B的化学方程式为                       ，为保证实验的安全，在电解时需注意的问题是：①控制好生成NCl₃的浓度；②                 。
（2）NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）按物质的量之比为1∶6混合，在溶液中恰好反应生成ClO₂，该反应的离子方程式为                                 。
（3）ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验：
步骤1：准确量取ClO₂溶液10 mL，稀释成100 mL试样；
步骤2：量取V₁ mL试样加入到锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，摇匀，在暗处静置30 min。
步骤3：以淀粉溶液作指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL。
（已知I₂＋2S₂O₃^2－＝2I^－＋S₄O₆^2－）
①上述步骤3中滴定终点的现象是                             ；
②根据上述步骤可计算出原ClO₂溶液的浓度为              g /L（用含字母的代数式表示）。

（Ⅰ）六种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示。其中R元素的最外层电子数是次外层电子数的一半。

X	Y	Z	M
R		W

请回答下列问题：
（1）画出R的原子结构示意图     。
（2）比较Z、W的简单氢化物沸点高低并说明原因          。
（3）W和Y形成的一种化合物甲的相对分子质量为184，其中Y的质量分数约为30%。则化合物甲的化学式为            。
（Ⅱ）聚合硫酸铁简称聚铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_{（3－0.5n）}]_m（n>2，m≤10），是一种高效的无机高分子混凝剂、净水剂。实验室利用硫酸亚铁制取聚合硫酸铁的主要流程如下：

（4）FeSO₄溶液显弱酸性的原因是      （用离子方程式表示）。
（5）加入浓硫酸调节pH的作用是：①      ；②       。
（6）写出用上述流程得到某聚铁[Fe₂（OH）₄SO₄]₄的化学方程式
（7）测定聚铁中含铁量的方法为把聚铁溶于过量酸中，先用过量的SnCl₂将Fe³⁺还原成Fe²⁺，再加入HgCl₂溶液除去过量的SnCl₂，然后用标准的K₂Cr₂O₇溶液（先加入几滴试亚铁灵指示剂）滴定溶液中的Fe²⁺。此过程发生的部分反应为：
Sn²⁺+2Hg²⁺+8Cl^- = Hg₂Cl₂↓+SnCl₆^2-
Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺ = 2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
①用HgCl₂除去过量的SnCl₂的目的是        。
②称取聚铁质量为10.00 g配成100.0 mL溶液，取出20.00 mL，经上述方法处理后，用0.1000 mol·L^-1 K₂Cr₂O₇标准溶液滴定。达到终点时，消耗K₂Cr₂O₇标准溶液12.80 mL。则聚铁中铁元素的质量分数为     %。

废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。实验室利用废旧黄铜(Cu、Zn合金，含少量杂质Fe)制备胆矾晶体(CuSO₄·5H₂O)及副产物ZnO。制备流程图如下：

已知：Zn及化合物的性质与Al及化合物的性质相似，pH＞11时Zn(OH)₂能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)₄]^2-。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol/L计算)。

	Fe^3^＋	Fe^2^＋	Zn^2^＋
开始沉淀的pH	1.1	5.8	5.9
沉淀完全的pH	3.0	8.8	8.9

请回答下列问题：
（1）加入ZnO调节pH＝a的目的是___________________,a的范围是            。
（2）由不溶物E生成溶液D的化学方程式为______________________________。
（3）滤液A中加入H₂O₂反应的离子方程式为                            。
（4）由溶液D制胆矾晶体包含的主要操作步骤是                         。
（5）下列试剂可作为Y试剂的是______。
A．ZnO        B．NaOH        C．Na₂CO₃       D．ZnSO₄
若在滤液C中逐滴加入盐酸直到过量，则产生的现象是___________________。

工业上从电解精炼铜的阳极泥（含金、银、铜、硒等单质）中提取硒的湿法工艺流程如下：

（1）向溶液X中加入铁屑的作用是______ ，此操作中不能加入过量铁粉的原因是______。
（2）检验溶液Z中阴离子的操作方法是______。
（3）过滤操作中要用到玻璃棒，请另举两例用到玻璃棒的实验或操作：______。
（4）实验室中制取SO₂的原理为：，此处应使用______（填“较浓的硫酸”或“稀硫酸”），原因是______。制取SO₂的装置，最好选用下图中的______。

（5）粗硒中硒的含量可用如下方法测定：
通过用Na₂S₂O₃标准溶液（显碱性）滴定反应②中生成的I₂来计算硒的含量。滴定操作中用到的玻璃仪器有_______。实验中准确称量0.1200g粗硒样品，滴定中消耗0.2000mol的Na₂S₂O₃溶液27.60mL，则粗硒样品中硒的质量分数为       。

软锰矿（主要成分为Mn0₂）可用于制备锰及其化合物。
（1）早期冶炼金属锰的一种方法是先缎烧软锰矿生成Mn₃0₄，再利用铝热反应原理由Mn₃O₄
制备锰。该铝热反应的化学方程式为
（2）现代冶炼金属锰的一种工艺流程如下图所示：


①软锰矿还原浸出的反应为：

该反应中，还原剂为   。写出一种能提高还原浸出速率的措施：
②滤液1的pH   （填“＞”“＜”或“＝”）MnS0₄浸出液的pH.
③加入MnF₂的目的是除去   （”）。
（3）由MnS0₄制取MnC0₃。
往MnS0₄溶液中加人NH₄HC0₃溶液，析出MnC0₃沉淀并逸出C0₂气体，该反应的离子方程式为         ；若往MnS0₄溶液中加人（NH₄）₂C0₃溶液，还会产生Mn(OH) ₂，可能的原因有：，
t℃时，该反应的平衡常数K＝   （填数值）。