电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法:保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性,可吸附污物而沉积下来,具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层,除去浮渣层,即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水,设计装置示意图,如图所示。
(1)实验时若污水中离子浓度较小,导电能力较差,产生气泡速率缓慢,无法使悬浮物形成浮渣。此 时,可向污水中加入适量的 。
a.BaSO4 b.CH3CH2OH c.Na2SO4 d.NaOH
(2)电解池阳极发生了两个电极反应,其中一个反应生成一种无色气体,则阳极的电极反应式分别是
①.______________________;②. 。
(3)电极反应①和②的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是____________________。
(4)该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料作电极。为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参加循环(如图)。A物质的化学式是____________________。
甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料,也是一种比较理想的燃料。甲醇在各个领域有着广泛的应用。
(1)实验测得:32 g甲醇在氧气中完全燃烧,生成二氧化碳气体和液态水时释放出726.4 kJ的热量,试写出甲醇燃烧的热化学方程式:_________________________。
(2)燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。下图是一个化学过程的示意图。2CH3OH+3O2+4KOH K2CO3+6H2O
①A(石墨)电极的名称是 。
②通入O2的电极的电极反应式是________________
③写出通入CH3OH的电极的电极反应式是 。
④乙池中反应的化学方程式为 。
⑤当电路中通过0.01mol电子时,丙池溶液的C(H+) = mol/L(忽略电解过程中溶液体积的变化)。
(3)合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+ CO(g)CH3OH(g) △H="—90.8" kJ·mol—1。
①在恒温恒容条件下,充入一定量的H2和CO,发生反应2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g)。则该反应达到平衡状态的标志有
a.混合气体的密度保持不变 b.混合气体的总压强保持不变
c.CO的质量分数保持不变 d.甲醇的浓度保持不变
e.v正(H2)= v逆(CH3OH) f.v(CO)= v(CH3OH)
②要提高反应2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g)中CO的转化率,可以采取的措施是:
a.升温 b.加入催化剂
c.增加CO的浓度 d.加入H2
e.加入惰性气体 f.分离出甲醇
2015年8月12日23:30左右,天津滨海新区的一处集装箱码头发生爆炸,发生爆炸的是集装箱内的易燃易爆物品氰化钠,数量为700吨左右。
资料:氰化钠化学式为NaCN,白色结晶颗粒或粉末,易潮解,有微弱的苦杏仁气味。剧毒,皮肤伤口接触、吸入、吞食微量可中毒死亡。熔点563.7℃,沸点1496℃。易溶于水,易水解生成氰化氢,水溶液呈强碱性,是一种重要的化工原料, 用于电镀、冶金和有机合成医药、农药及金属处理方面。
(1)用离子方程式表示其水溶液呈强碱性的原因:
(2)氰化钠要用双氧水或硫代硫酸钠中和。①用双氧水处理产生一种酸式盐和一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,请写出该反应的化学方程式 ;
②用硫代硫酸钠中和的离子方程式为CN-+S2O32-===A+SO32-,A为 (填化学式)。
(3)含氰废水中的CN-有剧毒。
①CN-中C元素显+2价, N元素显-3价,则非金属性N C(填<,=或>)
②在微生物的作用下,CN-能够被氧气氧化成HCO3-,同时生成NH3,该反应的离子方程式为 。
③用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液PH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体,下列说法不正确的是
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式为:Cl- + 2OH--2e-= ClO- + H2O
C.阴极的电极反应式为:2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+ 5ClO- + 2H+ ===N2↑ + 2CO2↑ + 5Cl-+H2O
(4)过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)是一种集洗涤、漂白、杀菌于一体的氧系漂白剂,也可用于含氰废水的消毒。某兴趣小组制备过碳酸钠的实验方案和装置示意图如下:
已知:2Na2CO3(aq)+ 3H2O2(aq) 2Na2CO3·3H2O2(s)ΔH < 0,请回答下列问题:
①下列物质中,不会引起过碳酸钠发生氧化还原反应的有 。
A.FeCl3 B.CuSO4C.Na2SiO3 D.KCN
②准确称取0.2000g过碳酸钠于250mL锥形瓶中,加50 mL蒸馏水溶解,再加50 mL2.0 mol·L-1 H2SO4,用0.02000mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定至终点时消耗30.00 mL,则产品中H2O2的质量分数为 。
[反应6KMnO4 + 5(2Na2CO3·3H2O2)+19H2SO4 = 3K2SO4 + 6MnSO4 +10Na2SO4 +10CO2 ↑ +15O2↑+34H2O]
H2O2是一种常用绿色氧化剂,在化学研究中应用广泛。
(1)空气阴极法电解制备H2O2的装置如下图所示,主要原理是在碱性电解质溶液中,通过利用空气中氧气在阴极还原得到H2O2和稀碱的混合物。试回答:
①直流电源的a极名称是 。
②阴极电极反应式为 。
③1979年,科学家们用CO、O2和水在三苯膦钯的催化下室温制得了H2O2。相对于电解法,该方法具有的优点是安全、 。
(2)Fe3+对H2O2的分解具有催化作用。利用图(a)和(b)中的信息,按图(c)装置(连通的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的 (填“深”或“浅”),其原因是 。
(3)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶解印刷电路板金属粉末中的铜。反应的离子方程式是 ,控制其它条件相同,印刷电路板的金属粉末用10%H2O2 和3.0mol·L-1H2SO4溶液处理,测得不同温度下铜的平均溶解速率(见下表)
温度(℃) |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
Cu的平均溶解速率 (×10-3mol·min-1) |
7.34 |
8.01 |
9.25 |
7.98 |
7.24 |
6.73 |
5.76 |
当温度高于40℃时,铜的平均溶解速率随着反应温度的升高而下降,其主要原因是 。
煤是一种重要的化工原料,人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、甲醚等广泛用于工农业生产中。
(1)已知:
①C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g) △H=+131.3kJ·mol﹣1
②CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g) △H=+41.3kJ·mol﹣1
则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为 。
该反应在 (填“高温”、“低温”或“任何温度”)下有利于正向自发进行.
(2)有人利用炭还原法处理氮氧化物,发生反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g).向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,在T1℃时,不同时间测得各物质的浓度如下表所示:
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
NO |
1.00 |
0.68 |
0.50 |
0.50 |
0.60 |
0.60 |
N2 |
0 |
0.16 |
0.25 |
0.25 |
0.30 |
0.30 |
CO2 |
0 |
0.16 |
0.25 |
0.25 |
0.30 |
0.30 |
①10~20min内,N2的平均反应速率v(N2)= .
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是__________(填字母序号).
A.通入一定量的NO B.加入一定量的活性炭
C.加入合适的催化剂 D.适当缩小容器的体积
(3)研究表明:反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)平衡常数随温度的变化如下表所示:
温度/℃ |
400 |
500 |
800 |
平衡常数K |
9.94 |
9 |
1 |
若反应在500℃时进行,设起始时CO和H2O的浓度均为0.020mol·L﹣1,在该条件下达到平衡时,CO的转化率为 .
(4)用CO做燃料电池电解CuSO4溶液、FeCl3和FeCl2混合液的示意图如图1所示,其中A、B、D均为石墨电极,C为铜电极.工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同.
①乙中A极产生的气体在标准状况下的体积为 .
②丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示,则图中③线表示的是 (填离子符号)的变化;反应结束后,要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀,需要 mL 5.0mol·L﹣1 NaOH溶液.
氮的重要化合物如氨(NH3)、肼(N2H4)、三氟化氮(NF3)等,在生产、生活中具有重要作用。
(1) 利用NH3的还原性可消除氮氧化物的污染,相关热化学方程式如下:
H2O(l)=H2O(g) △H1=44.0 kJ·mol-1
N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H2=229.3 kJ·mol-1
4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H3=-906.5 kJ·mol-1
4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(l) △H4
则△H4= kJ·mol-1。
(2) 使用NaBH4为诱导剂,可使Co2+与肼在碱性条件下发生反应,制得高纯度纳米钴,该过程不产生有毒气体。
① 写出该反应的离子方程式: 。
② 在纳米钴的催化作用下,肼可分解生成两种气体,其中一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。若反应在不同温度下达到平衡时,混合气体中各组分的体积分数如下图1所示,则N2H4发生分解反应的化学方程式为: ;为抑制肼的分解,可采取的合理措施有 (任写一种)。
图1 图2
(3) 在微电子工业中NF3常用作氮化硅的蚀刻剂,工业上通过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3,其电解原理如上图2所示。
① 氮化硅的化学式为 。
② a电极为电解池的 (填“阴”或“阳”)极,写出该电极的电极反应式: ;电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质,该气体的分子式是 。
通过煤的气化和液化,使碳及其化合物得以广泛应用。
I.工业上先用煤转化为CO,再利用CO和水蒸气反应制H2时,存在以下平衡:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
(1)向1L恒容密闭容器中充入CO和H2O(g),800℃时测得部分数据如下表。
t/min |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
n(H2O)/mol |
0.600 |
0.520 |
0.450 |
0.350 |
0.350 |
n(CO)/mol |
0.400 |
0.320 |
0.250 |
0.150 |
0.150 |
则该温度下反应的平衡常数K= 。(保留2位有效数字)
(2)相同条件下,向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1mol H2O(g)、2molCO2、2mo1 H2,此时v (正)_____________ v (逆)(填“>” “="”" 或 “<”)。
II.已知CO(g)、H2(g)、CH3OH(l)的燃烧热分别为283 kJ·mol-1、286 kJ·mol-1、726 kJ·mol-1。
(3)利用CO、H2合成液态甲醇的热化学方程式为 。
(4)依据化学反应原理,分析增加压强对制备甲醇反应的影响 。
III.为摆脱对石油的过度依赖,科研人员将煤液化制备汽油,并设计了汽油燃料电池,电池工作原理如右图所示:一个电极通入氧气,另一电极通入汽油蒸气,电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2—。
(5)以辛烷(C8H18)代表汽油,写出该电池工作时的负极反应方程式 。
(6)已知一个电子的电量是1.602×10—19C,用该电池电解饱和食盐水,当电路中通过1.929×105C的电量时,生成NaOH g。
Ⅳ.煤燃烧产生的CO2是造成温室效应的主要气体之一。
(7)将CO2转化成有机物可有效地实现碳循环。如:
a.6CO2+6H2OC6H12O6+6O2 b.2CO2 + 6H2C2H5OH +3H2O
c.CO2 + CH4CH3COOH d.2CO2 + 6H2 CH2=CH2 + 4H2O
以上反应中,最节能的是 ,反应b中理论上原子利用率为 。
工业电解饱和食盐水模拟装置的结构如图所示:
(1)写出电解饱和食盐水的化学方程式 ,该工业称为 工业
(2)实际生产中使用的盐往往含有一些杂质,在电解食盐水之前,需要提纯食盐水。为了除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO42-及泥沙,可将粗盐溶于水,然后进行下列五项操作,正确的操作顺序是
①过滤 ②加过量的NaOH溶液 ③加适量的盐酸 ④加过量的Na2CO3溶液 ⑤加过量的BaCl2溶液
A.①④②⑤③ | B.④①②⑤③ | C.②⑤④①③ | D.⑤②④③① |
(3)在该装置中写出装NaOH溶液试管中所发生的化学反应方程式(并用双线桥表示电子的转移的方向和数目) 。
(15分)工业生产中产生的SO2、NO直接排放将对大气造成严重污染。利用电化学原理吸收SO2和NO,同时获得 Na2S2O4和 NH4NO3产品的工艺流程图如下(Ce为铈元素)。
请回答下列问题:
(1)装置I中生成HSO-3的离子方程式为 。
(2)含硫各微粒(H2SO3、HSO-3和SO2-3)存在于SO2与NaOH溶液反应后的溶液中,它们的物质的量分数ω与溶液pH的关系如下图所示。
①下列说法正确的是 (填标号)。
A.pH = 7时,溶液中c( Na+) < c (HSO-3) + c(SO2-3) |
B.由图中数据,可以估算出H2SO3的第二级电离平衡常数K2≈10-7 |
C.为获得尽可能纯的 NaHSO3,应将溶液的pH控制在 4~5为宜 |
D.pH = 9时溶液中 c(OH-)=" c" (H+) + c(HSO-3)+ 2c(H2SO3) |
②向pH = 5的NaHSO3溶液中滴加一定浓度的 CaCl2溶液,溶液中出现浑浊,其pH 降为2 ,用化学平衡移动原理解释溶液 pH 降低的原因 。
(3)装置Ⅱ中的反应在酸性条件下进行,写出NO被氧化为NO-2离子方程式 。
(4)装置Ⅲ的作用之一是再生Ce4+,其原理如下图所示。
图中A为电源的 (填“正”或“负”)极。右侧反应室中发生的主要电极反应式为 。
(5)已知进人装置Ⅳ的溶液中NO-2的浓度为 0.75 mol/L ,要使 1m3该溶液中的NO-2完全转化为 NH4NO3,需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的 O2的体积为 L 。
K2CO3有广泛的用途。
(1)钾肥草木灰中含有K2CO3、K2SO4、KCl等。将草木灰用水浸取,过滤、蒸发得浓缩液。
①该浓缩液呈碱性的原因用离子方程式表示为 。
②检验该浓缩液中Cl-所用的试剂有 。
A.AgNO3溶液 |
B.硝酸 |
C.盐酸 |
D.Ba(NO3)2溶液 |
E.BaCl2溶液
(2)工业上曾利用如下反应生产碳酸钾:K2SO4 + C + CaCO3 → K2CO3+ X+ CO2↑(未配平)
已知X为两种元素组成的化合物,则X的化学式为 ;反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为 。
(3)离子膜电解-炭化法是目前生产碳酸钾的常用的方法。
第一步:精制KCl溶液
粗KCl中含有Ca2+、Mg2+等离子,按以下流程精制:
已知:加入K2CO3后,溶液中部分Mg2+转化为MgCO3沉淀。
Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,Ksp(MgCO3)=6.8×10-6。
①操作Ⅰ的名称是 。
②当加入KOH后,溶液中n(CO32-)增大,主要原因是 。
第二步:电解精制后的KCl溶液制取KOH,其它产物制取盐酸。
第三步:将KOH与CO2反应转化为KHCO3,再将KHCO3分解得到产品。
③离子膜电解-炭化法的整个过程中,可以循环利用的物质有 。
甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料,也是一种比较理想的燃料。甲醇在各个领域有着广泛的应用。
(1)实验测得:32 g甲醇在氧气中完全燃烧,生成二氧化碳气体和液态水时释放出726.4 kJ的热量,试写出甲醇燃烧的热化学方程式:________________。
(2)燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。下图是一个化学过程的示意图。2CH3OH+3O2+4KOH K2CO3+6H2O
①A(石墨)电极的名称是 。
②通入O2的电极的电极反应式是 。
③写出通入CH3OH的电极的电极反应式是 。
④乙池中反应的化学方程式为 。
⑤当电路中通过0.01mol电子时,丙池溶液的C(H+) = mol/L(忽略电解过程中溶液体积的变化)。
(3)合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+ CO(g)CH3OH(g) △H=—90.8 kJ·mol—1。
①在恒温恒容条件下,充入一定量的H2和CO,发生反应2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g)。则该反应达到平衡状态的标志有
a.混合气体的密度保持不变
b.混合气体的总压强保持不变
c.CO的质量分数保持不变
d.甲醇的浓度保持不变
e.v正(H2)= v逆(CH3OH)
f.v(CO)= v(CH3OH)
②要提高反应2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g)中CO的转化率,可以采取的措施是:
a.升温
b.加入催化剂
c.增加CO的浓度
d.加入H2
e.加入惰性气体
f.分离出甲醇
铝和氢氧化钾都是重要的工业产品,请回答问题:
(1)金属铝的生产是以Al2O3为原料,在熔融状态下进行电解,化学方程式为
电极均由石墨材料做成,电解时不断消耗的电极是____________(填“阴极”或“阳极”),
原因是__________________________ (用化学方程式表示)。
(2)对铝制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。以处理过的铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极反应式为____________________ 。
(3)铝电池性能优越,Al—Ag2O电池可用作水下动力电源,化学反应为
则负极的电极反应式为______________,正极附近溶液的碱性______(填“增强”、“不变”或“减弱”)。
(4)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质,可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如图所示。
①该电解槽的阳极反应式是 。
②阴极区碱性增强的原因是
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口 (填写“A”或“B”)导出。
以黄铜矿精矿为原料,制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示:
Ⅰ. 将黄铜矿精矿(主要成分为CuFeS2,含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎
Ⅱ. 采用如下装置进行电化学浸出实验
将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区,恒速搅拌,使矿粉溶解。在阴极区通入氧气,并 加入少量催化剂。
Ⅲ. 一段时间后,抽取阴极区溶液,向其中加入有机萃取剂(RH)发生反应:
2RH(有机相)+ Cu2+(水相)R2Cu(有机相)+ 2H+(水相)
分离出有机相,向其中加入一定浓度的硫酸,使Cu2+得以再生。
Ⅳ. 电解硫酸铜溶液制得金属铜。
(1)黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应:
CuFeS2 + 4H+ = Cu2+ + Fe2+ + 2H2S 2Fe3+ + H2S = 2Fe2+ + S↓+ 2H+
① 阳极区硫酸铁的主要作用是 。
② 电解过程中,阳极区Fe3+的浓度基本保持不变,原因是 。
(2)阴极区,电极上开始时有大量气泡产生,后有固体析出,一段时间后固体溶解。
写出上述现象对应的反应式 。
(3)若在实验室进行步骤Ⅲ,分离有机相和水相的主要实验仪器是 ;加入有机萃取剂的目的是 。
(4)步骤Ⅲ,向有机相中加入一定浓度的硫酸,Cu2+得以再生的原理是 。
(5)步骤Ⅳ,若电解200mL0.5 mol/L的CuSO4溶液,生成铜3.2 g,此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是 。(忽略电解前后溶液体积的变化)
铜、铁及其化合物在工业、农业、科技和日常生活中有广泛应用。
(1)工业上利用辉铜矿(主要成分是Cu2S)冶炼铜。为了测定辉铜矿样品的纯度,用酸性高锰酸钾溶液反应(已知1 molCu2S失去10mol的电子),写出该反应的离子方程式 。
(2)工业上利用废铜屑、废酸(含硝酸、硫酸)为主要原料制备硫酸铜晶体。某含有c(HNO3)="2" mol·L—1,c(H2SO4)="4" mol·L—1的废酸混合液100 mL(不含其它酸或氧化剂),最多能制备硫酸铜晶体(CuSO4·5H2O)的质量为 。
(3)现有一块含有铜绿的铜片(假设不含其它杂质)在空气中灼烧至完全反应,经测定,反应前后固体的质量相同。(已知:金属生锈率=)
①上述铜片中铜的生锈率为 (结果保留2位有效数字)
②固态铜与适量氧气反应,能量变化如下图所示,写出固态铜与氧气反应生成1 mol固态氧化亚铜的热化学方程式 。
(4)高铁酸盐在能源环保等领域有广泛用途,如高铁酸钾(K2FeO4) 因有强氧化性,能杀菌消毒,产生Fe(OH)3有吸附性,是一种新型净水剂,用如下图所示的装置可以制取少量的高铁酸钾。
(已知爱迪生蓄电池的反应式为:)
①爱迪生蓄电池的负极材料是
②写出制取高铁酸钾阳极的电极反应式
③当生成19.8g的K2FeO4时,隔膜两侧电解液的质量变化差(△m右一△m左)为_ g。
硼酸(H3BO3)与铝酸(H3AlO3)结构相似,可写成B(OH)3。
(1)已知H3BO3的电离常数为5.8×10﹣10,H2CO3的电离常数为Ka1=4.4×10﹣7、Ka2=4.7×10﹣11。向盛有饱和硼酸溶液的试管中,滴加0.1mol/L Na2CO3溶液, (填“能”或“不能”)观察到气泡逸出。
(2)已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3+OH﹣=B(OH)4﹣,写出硼酸的电离方程式 ,它是 元酸。(填“一”或“二”或“三”)
(3)硼酸和甲醇在浓硫酸存在下生成B(OCH3)3,B(OCH3)3可与NaH反应制得易溶于水的强还原剂硼氢化钠(NaBH4)。①NaBH4中氢元素的化合价为 ,写出生成NaBH4的化学方程式 。
②写出生成B(OCH3)3的化学方程式 。
③用NaBH4和过氧化氢可以设计成一种新型碱性电池。该电池放电时,每摩尔NaBH4释放8mole﹣。写出这种电池放电反应的离子方程式 。
(4)H3BO3可以通过电解的方法制备。工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。
①写出阳极的电极反应式 。
②分析产品室可得到H3BO3的原因 。
(5)过硼酸钠晶体(NaBO3·4H2O)是一种优良的漂白剂,在70℃以上加热会逐步失去结晶水。 实验测得过硼酸钠晶体的质量随温度变化的情况如下图所示,则T2℃时所得晶体的化学式为 。