酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是碳粉,MnO2,ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物,该电池在放电过程产生MnOOH,回收处理该废电池可得到多种化工原料,有关数据下表所示:溶解度/(g/100g水)
化合物 |
Zn(OH)2 |
Fe(OH)2 |
Fe(OH)3 |
Ksp近似值 |
10-17 |
10-17 |
10-39 |
回答下列问题:
(1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为 。
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,理论上消耗Zn g。(已经F=96500C/mol)
(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过 __ 分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、_ __ __和 ,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法是 ,其原理是 。
(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需去除少量杂质铁,其方法是:加稀硫酸和H2O2溶解,铁变为_ ____,加碱调节至pH为 时,铁刚好完全沉淀(离子浓度小于1×10-5mol/L时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱调节至pH为 _时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1mol/L)。若上述过程不加H2O2后果是 ,原因是 。
发生在天津港“8·12”特大火灾爆炸事故,再一次引发了人们对环境问题的关注。
(1)为了减少空气中SO2的排放,常采取的措施是将煤转化为清洁气体燃料。
已知:H2(g)+1/2O2(g)==H2O(g) ΔH1=-241.8 kJ·mol-1
C(s)+1/2O2(g)===CO(g) ΔH2=-110.5 kJ·mol-1
则焦炭与水蒸气反应生成CO的热化学方程式为: 。
(2)由于CaC2、金属钠、金属钾等物质能够跟水反应给灾后救援工作带来了很多困难。如果在实验室,你处理金属钠着火的方法是 。
(3)事故发生后,爆炸中心区、爆炸区居民楼周边以及海河等处都受到了严重的氰化物污染。处理NaCN的方法是:用NaClO在碱性条件下跟NaCN反应生成无毒害的物质,试写出该反应的离子反应方程式 。
(4)电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO3-的原理如图所示,电源正极为 (填“a”或“b”);若总反应为4NO3-+4H+=5O2↑+2N2↑+2H2O,则阴极反应式为 。
(5)欲降低废水中重金属元素铬的毒性,可将Cr2O72-转化为Cr(OH)3沉淀除去。已知在常温下:Ksp[Fe(OH)2]= 1×10-15、Ksp[Fe(OH)3]= 1×10-38、Ksp[Cr(OH)3]= 1×10-23,当离子浓度在1×10-5mol/L以下时认为该离子已经完全沉淀,请回答:
①相同温度下Fe(OH)3的溶解度 Cr(OH)3的溶解度(填“>”、“<”或“=”)
②浓度为0.1mol/L的Fe2+与10. 0mol/L Cr3+同时生成沉淀的pH范围是 。
工厂中用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中,除了含有大量硫酸外.还含有少量NH4+、Fe3+、AsO43-、Cl-。为除去杂质离子,部分操作流程如下:
请回答问题:
(1)NH4+在用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中以(NH4)2SO4和NH4Cl形式存在.现有一份(NH4)2SO4溶液,一份NH4Cl溶液,(NH4)2SO4溶液中c(NH4+)恰好是NH4Cl溶液中c(NH4+)的2倍,则c[(NH4)2SO4]_____c(NH4Cl)(填:<、= 或 >) 。
(2)随着向废液中投入生石灰(忽略溶液温度的变化),溶液中______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)投入生石灰调节pH到2~3时,大量沉淀主要成分为CaSO4·2H2O[含有少量Fe(OH)3],提纯CaSO4·2H2O的主要步骤:向沉淀中加入过量_______,充分反应后,过滤、洗涤、______。
(4)25℃,H3AsO4电离常数为K1=5.6×10-3、K2=1.7×10-7、K3=4.0×10-12。当溶液中pH调节到8~9时,沉淀主要成分为Ca3(AsO4)2.
①pH调节到8左右Ca3(AsO4)2才开始沉淀的原因是________。
② Na3AsO4第一步水解的平衡常数数值为:________。
③已知:AsO43-+2I-+2H+= AsO43-+I2+H2O,SO2+I2+2H2O=SO42-+2I-+4H+。上述两个反应中还原性最强的微粒是_______。
(14分)铬(Cr)是周期表中VIB族元素,化合价可以是 0 ~+6 的整数价态。回答下列问题:
(1)某铬化合物的化学式为 Na3CrO8,其阴离子结构可表示为,则Cr的化合价为 。
(2)在如图装置中,观察到Cu电极上产生大量的无色气泡,Cr电极周围出现天蓝色(Cr2+) ,而后又变成绿色 (Cr3+)。该电池总反应的过程表示为: ,2Cr2++2H+= 2Cr3++ H2。左侧烧杯溶液中c(Cl-) (填“增大”,“减小”或“不变”)。
(3)已知Ksp(BaCrO4)=1.2×10-10, Ksp(PbCrO4)= 2.8×10-13, Ksp(Ag2CrO4)= 2.0×10-12。某溶液中含有Ba2+、Pb2+、Ag+,浓度均为0.01 mol/L ,向该溶液中逐滴入 0.01 mol/L Na2CrO4溶液时,三种阳离子产生沉淀的先后顺序为 。
(4)在溶液中存在如下平衡:
则反应的平衡常数K= 。
(5)CrO2-4呈四面体构型,结构为。CrO2-7由两个CrO2-4四面体组成,这两个CrO2-4四面体通过共用一个顶角氧原子彼连,结构为。则由n(n>1)个CrO2-4通过角顶氧原子连续的链式结构的化学式为 。
(6)CrO3是H2CrO4的酸酐,受热易分解。把一定量的 CrO3加热至790K时,残留固体的质量为原固体质量 76%。写出 CrO3受热分解化学方程式: 。
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++O2- K2=1.0×10-36
水中c(O2-) = 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Fe3+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(Fe3+)、c(Cu2+)随pH变化的曲线如下图,其中正确的是 (用“A”、“B”填空)。
(已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39、Ksp[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(CuFe2O4-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)= 。
碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题:
(1)大量的碘富集在海藻中,用水浸取后浓缩,再向浓缩液中加
和
,即可得到
,该反应的还原产物为。
(2)上述浓缩液中含有
、
等离子,取一定量的浓缩液,向其中滴加
溶液,当
开始沉淀时,溶液中
为:,已知
=1.8×10-10,
=8.5×10-17。
(3)已知反应
的
,1
、1
分子中化学键断裂时分别需要吸收436
、151
的能量,则1
分子中化学键断裂时需吸收的能量为
。
(4)
研究了下列反应:
在716
时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数
与反应时间
的关系如下表:
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
120 |
|
1 |
0.91 |
0.85 |
0.815 |
0.795 |
0.784 |
|
0 |
0.60 |
0.73 |
0.773 |
0.780 |
0.784 |
①根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为:。
②上述反应中,正反应速率为
正=
正·
,逆反应速率为
逆=
逆·
,其中
正、
逆为速率常数,则
逆为(以
和
正表示)。若
正 = 0.0027
,在
=40
时,
正=
③由上述实验数据计算得到
正~
和
逆~
的关系可用下图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为(填字母)
酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是碳粉,,和等组成的糊状填充物,该电池在放电过程产生,回收处理该废电池可得到多种化工原料,有关数据下表所示:
溶解度/(/100水)
化合物 |
|||
近似值 |
10-17 |
10-17 |
10-39 |
回答下列问题:
(1)该电池的正极反应式为,电池反应的离子方程式为
(2)维持电流强度为0.5,电池工作五分钟,理论上消耗。(已经=96500)
(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有和,二者可通过分离回收;滤渣的主要成分是、和,欲从中得到较纯的,最简便的方法是,其原理是。
(4)用废电池的锌皮制备的过程中,需去除少量杂质铁,其方法是:加稀硫酸和溶解,铁变为,加碱调节至为时,铁刚好完全沉淀(离子浓度小于1×10-5时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱调节至为时,锌开始沉淀(假定浓度为0.1)。若上述过程不加后果是,原因是。
(12分)Mn(OH)2常用作油漆催干剂。向MnSO4溶液加入NaOH溶液,待沉淀完全后,过滤,洗涤,烘干即可制得Mn(OH)2。
(1)已知:常温下Mn(OH)2的Ksp=1.0×10-15。如果要使溶液中Mn2+沉淀完全,则应该保持溶液中c(OH—)≥ mol·L—1[当c(Mn2+)≤10-5mol/L时,即可认为溶液中Mn2+沉淀完全]。
(2)Mn(OH)2还可以通过MnO2与二氧化硫气体充分接触,再与石灰乳反应制得,写出该反应的总的化学方程式 。
(3)一种含Mn2+的结晶水合物组成为AxMnyBz·mH2O(A表示一种阳离子,B表示一种阴离子)。现称取39.10 g晶体配成100 mL溶液X,取20 mL溶液X,向其中加入足量的氢氧化钠溶液,加热,得到896 mL气体(标准状况);另取20 mL溶液X,向其中加入盐酸,无沉淀产生,再加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,过滤,洗涤,烘干,得到固体9.32 g。
①A、B的离子符号分别为 、 。
②通过计算确定该结晶水合物的化学式(写出计算过程)。
铬是用途广泛的金属元素,但在生产过程中易产生有害的含铬工业废水。
(1)还原沉淀法是处理含Cr2O72—和CrO42—工业废水的一种常用方法,其工艺流程为:
其中第I步存在平衡:2CrO42—(黄色)+2H+Cr2O72— (橙色)+H2O
①若平衡体系的pH=2,该溶液显 色。
②根据2CrO42—+2H+Cr2O72— +H2O,设计下图装置(均为惰性电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7。Na2Cr2O7中铬元素的化合价为 ,图中右侧电极连接电源的 极,其电极反应式为 。
③第Ⅱ步反应的离子方程式: ,向Ⅱ反应后的溶液加一定量NaOH,若溶液中c(Fe3+)=2.0×10—12mol·L—1,则溶液中c(Cr3+)= mol·L—1。(已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10—38,Ksp[Cr(OH)3]=6.0x10—31)。
(2)CrO3具有强氧化性,遇到有机物(如酒精)时,猛烈反应以至着火。若该过程中乙醇被氧化成乙酸,CrO3被还原成绿色的Cr2(SO4)3。完成该反应的化学方程式:
(3)CrO3的热稳定性较差,加热时逐步分解,其固体残留率随温度的变化如图所示。B点时剩余固体的成分是 (填化学式)。
已知氢氧化钙和钨酸钙(CaWO4)都是微溶电解质,两者的溶解度均随温度升高而减小。在钨冶炼工艺中,将氢氧化钙加入钨酸钠碱性溶液中得到钨酸钙,发生反应
Ⅰ:WO42-(aq) + Ca(OH)2(s) CaWO4(s) + 2OH-(aq)。
(1)下图为不同温度下Ca(OH)2、CaWO4的沉淀溶解平衡曲线。
①计算T1时KSP(CaWO4)= ________。
②T1________ T2(填“>”“=”或“<”)。
(2)反应Ⅰ的平衡常数K理论值如下表:
温度/℃ |
25 |
50 |
90 |
100 |
K |
79.96 |
208.06 |
222.88 |
258.05 |
①该反应平衡常数K的表达式为________。
②该反应的△H________0(填“>”“=”或“<”)。
③由于溶液中离子间的相互作用,实验测得的平衡常数与理论值相距甚远。50℃时,向一定体积的钨酸钠碱性溶液[c(Na2WO4) =" c(NaOH)" =" 0.5" mol·L-1]中,加入过量Ca(OH)2,反应达到平衡后WO42—的沉淀率为60%,计算实验测得的平衡常数。
(3)制取钨酸钙时,适时向反应混合液中添加适量盐酸,分析其作用:________。
硫酸铅(PbSO4)广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。利用方铅矿精矿(PbS)直接制备硫酸铅粉末的流程如下:
已知:(ⅰ)PbCl2(s)+2Cl-(aq) PbCl42-(aq) △H>0
(ⅱ)有关物质的Ksp和沉淀时的pH如下:
Ksp |
|
开始沉淀时pH |
完全沉淀时pH |
|
PbSO4 |
1.08×10-8 |
Fe (OH)3 |
2.7 |
3.7 |
PbCl2 |
1.6×10-5 |
Pb(OH)2 |
6 |
7.04 |
(1)步骤Ⅰ中生成PbCl2的离子方程式_______,加入盐酸控制pH值小于2,原因是_______。
(2)用化学平衡移动原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因______。若原料中FeCl3过量,则步骤Ⅱ得到的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质,溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是_______。
(3)写出步骤Ⅲ中PbCl2晶体转化为PbSO4沉淀的离子方程式______。
(4)请用离子方程式解释滤液2加入H2O2可循环利用的原因______。
(5)铅蓄电池的电解液是硫酸,充电后两个电极上沉积的PbSO4分别转化为PbO2和Pb,充电时阴极的电极反应式为_______。
(6)双隔膜电解池的结构示意简图如图所示,利用铅蓄电池电解硫酸钠溶液可以制取硫酸和氢氧化钠,并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是____。
A.A溶液为氢氧化钠,B溶液为硫酸
B.C1极与铅蓄电池的PbO2电极相接、C2极与铅蓄电池的Pb电极相接
C.当C1极产生标准状况下11.2 L气体时,铅蓄电池的负极增重49g
D.该电解反应的总方程式可以表示为:2Na2SO4+6H2O2H2SO4+4NaOH+O2↑+2H2↑
硫酰氯(SO2Cl2)是重要的化学试剂,可由如下反应制取:SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g)△H
针对该反应回答下列问题:
(1)已知:①SO2(g)+Cl2(g)+SCl2(g) 2SOCl2(g)△H1=-akJ/mol
②SO2Cl2(g)+SCl2(g) 2SOCl2(g)△H2=-bkJ/mol(a>b>0)
则△H=________kJ/mol(用a、b的代数式表示)
(2)为了提高该反应中Cl2的平衡转化率,下列措施合理的是________(填字母序号)。
A.缩小容器体积 | B.使用催化剂 | C.增加SO2浓度 | D.升高温度 |
(3)若在绝热、恒容的密闭体系中,投入一定量SO2和Cl2,发生该反应,下列示意图能说明t1 时刻反应达到平衡状态的是(填字母序号)。(下图中υ正、K、n、m分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量)
(4)若在催化剂作用下,将n molSO2与nmolCl2充入容积可变的密闭容器中,并始终保持温度为T,压强为P。起始时气体总体积为10L,t min时反应达到平衡状态,此时气体总体积为8L。
①在容积改变的条件下,反应速率可用单位时间内反应物或生成物的物质的量变化来表示。则υ(SO2)= _________。
②此温度下,该反应的K=_________。
③相同条件下,若将0.5nmolSO2与0.5nmolCl2充入该容器,到达平衡状态时,混合物中SO2Cl2的物质的量是_________。
(5)该反应的产物SO2Cl2遇水发生剧烈水解生成两种强酸,写出其化学方程式_______________;已知于水所得溶液中逐滴加入AgNO3稀溶液时,最先产生的沉淀是______。
酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是有碳粉,二氧化锰,氯化锌和氯化铵等组成的填充物,该电池在放电过程产生MnOOH,回收处理该废电池可以得到多种化工原料,有关数据下图所示:
溶解度/(g/100g水)
温度/℃ 化合物 |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
NH4Cl |
29.3 |
37.2 |
45.8 |
55.3 |
65.6 |
77.3 |
ZnCl2 |
343 |
395 |
452 |
488 |
541 |
614 |
化合物 |
Zn(OH)2 |
Fe(OH)2 |
Fe(OH)3 |
Ksp近似值 |
10-17 |
10-17 |
10-39 |
回答下列问题:
(1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为:
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,理论消耗Zn g。(已经F=96500C/mol)
(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有氯化锌和氯化铵,两者可以通过____分离回收,滤渣的主要成分是二氧化锰、______和 ,欲从中得到较纯的二氧化锰,最简便的方法是 ,其原理是 。
(4)用废电池的锌皮制作七水合硫酸锌,需去除少量杂质铁,其方法是:加入新硫酸和双氧水,溶解,铁变为 加碱调节PH为 ,铁刚好完全沉淀(离子浓度小于1×10-5mol/L时,即可认为该离子沉淀完全)。继续加碱调节PH为 ,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1mol/L)。若上述过程不加双氧水的后果是 ,原因是 。
(13分)某条件下,在2 L密闭容器中发生如下反应:2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)
在三种不同条件下进行,其中实验Ⅰ、Ⅱ都在800 ℃,实验Ⅲ在850 ℃,NO、O2的起始浓度都为0,NO2的浓度(mol·L-1)随时间(min)的变化如图所示。请回答下列问题:
(1)实验Ⅱ隐含的反应条件是 。
(2)实验II中,从反应开始至达到平衡,用氧气浓度变化表示的化学反应速率为 。
(3)800 ℃时,该反应的平衡常数K= ,该反应是 (填“吸” 或“ 放”)热反应。
(4)若实验Ⅰ中达到平衡后,再向密闭容器中通入2 mol由物质的量之比为1:1组成的NO2与O2混合气体(保持温度不变),此时反应将向 进行(填“正反应方向”或“逆反应方向”)。
(5)NO2、NO是重要的大气污染物,近年来人们利用NH3在一定条件下与之反应而将其转化为无害的参与大气循环的物质,
如:8NH3+6NO27N2+12H2O。若将此反应设计成原电池,融熔K2CO3为电解质,则正极反应方程式为: 。
(6)向AlCl3溶液中逐滴加入氨水,发生如下反应Al3++3NH3·H2O Al(OH)3↓+3NH4+ ,一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,沉淀已完全。已知当溶液中Al3+恰好沉淀完全时溶液的pH="4.7" ,则Al(OH)3的溶度积常数为 (已知:lg2=0.3)。
催化剂是化工技术的核心,绝大多数的化工生产需采用催化工艺。
(1)接触法制硫酸中采用V2O5作催化剂:
4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s) +8SO2(g) △H=―3412 kJ·mol-1
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) △H=―196.6 kJ·mol-1
SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l) △H=―130.3 kJ·mol-1
以FeS2为原料,理论上生产2mol H2SO4(l)所释放出的热量为 kJ。
(2)电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到。
第一步:2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g) △H>0
第二步:HCOOCH3(g)CH3OH(g)+CO(g) △H>0
①第一步反应的机理可以用图1所示。图中中间产物X的结构简式为 。
(1)“酸浸”中硫酸要适当过量,目的是:①提高铁的浸出率,② 。
(2)“还原”是将Fe3+转化为Fe2+,同时FeS2被氧化为SO42-,该反应的离子方程式为 。
(3)为测定“酸浸”步骤后溶液中Fe3+的量以控制加入FeS2的量。实验步骤为:
准确量取一定体积的酸浸后的溶液于锥形瓶中,加入HCl、稍过量SnCl2,再加HgCl2除去过量的SnCl2,以二苯胺磺酸钠为指示剂,用K2Cr2O7标准溶液滴定,有关反应方程式如下:
2Fe3++Sn2++6Cl-=2Fe2++SnCl62-,
Sn2++4Cl-+2HgCl2=SnCl62-+Hg2Cl2↓,
6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O。
①若SnCl2不足量,则测定的Fe3+量 (填“偏高”、“偏低”、“不变”,下同)。
②若不加HgCl2,则测定的Fe3+量 。
(4)①可选用 (填试剂)检验滤液中含有Fe3+。产生Fe3+的原因是 (用离子反应方程式表示)。
②已知部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
沉淀物 |
Fe(OH)3 |
Al(OH)3 |
Fe(OH)2 |
Mg(OH)2 |
Mn(OH)2 |
开始沉淀 |
2.7 |
3.8 |
7.5 |
9.4 |
8.3 |
完全沉淀 |
3.2 |
5.2 |
9.7 |
12.4 |
9.8 |
实验可选用的试剂有:稀HNO3、Ba(NO3)2溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液,要求制备过程中不产生有毒气体。请完成由“过滤”后的溶液模拟制备氧化铁的实验步骤:
a.氧化: ;
b.沉淀: ;
c.分离,洗涤;
d.烘干,研磨。