为回收利用废钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣),科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺,主要流程如下:
部分含钒物质在水中的溶解性如下:
回答下列问题:
(1)工业上由V2O5冶炼金属钒常用铝热法,该反应的化学方程式为_______
(2)为了提高钒的浸出率,用酸浸使催化剂中的V2O5转变成可溶于水的VOSO4,与水浸液合并,再用KClO3氧化,使+4价的V氧化成易溶于水的(VO2)2SO4。反应①的离子方程式为_______;反应②的离子方程式为ClO3-+6VO2++3H2O=6VO2++6H++Cl-。
(3)该工艺中反应③的沉淀率是回收钒的关键之一,该步反应的离子方程式为_______。
(4) 实验室用的原料中V2O5占6%(原料中的所有钒已换算成V2O5)。取100g该废钒催化剂按工业生产的步骤进行实验,当加入100 mL 0.1 mol·L-1的KC1O3溶液时,溶液中的钒恰好被完全处理,假设以后各步钒没有损失,则该实验中钒的回收率是_______ (已知V2O5的相对分子质量为182)。
(5) 全钒液储能电池是利用不同价态的离子对之间的氧化还原反应来实现化学能和电能相互 转化的装置,其原理如右下图所示。已知电池的总反应式为VO2++V2++2H+VO2++V3++H2O
①放电时的正极反应式为______________。
②放电过程中氢离子的作用是______________,充电时若转移的电子为2mol,则左槽溶液中n(H+)的变化量为______________。
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“神七”登天谱写了我国航天事业的新篇章。火箭升空需要高能的燃料,通常用肼(N2H4)作为燃料,N2O4做氧化剂。
(1)已知:N2(g) + 2O2(g) =2NO2(g) △H=+67.7 kJ·mol-1
N2H4(g) + O2(g) =N2(g) + 2H2O(g) △H=-534.0 kJ·mol-1
2NO2(g) N2O4(g) △H=-52.7 kJ·mol-1
试写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式:________。
(2)工业上可用次氯酸钠与过量的氨反应制备肼,该反应的化学方程式为:________。
(3)一定条件下,在2L密闭容器中起始投入2 mol NH3和4 mol O2发生反应:
4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH<0
测得平衡时数据如下:
平衡时物质的量(mol) | n(NO) | n(H2O) |
温度T1 | 1.6 | 2.4 |
温度T2 | 1.2 | 1.8 |
①在温度T1下,若经过10min反应达到平衡,则10min内反应的平均速率
v(NH3)=________。
②温度T1和T2的大小关系是T1 ________T2(填“>”、 “<”或“=”)。
(4)在载人航天器的生态系统中,不仅要求分离去除CO2,还要求提供充足的O2。某种电化学装置可实现如下转化:2CO2=2CO+O2,CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应为:=O2↑+2H2O,则阴极反应为________。有人提出,可以设计反应2CO=2C+O2(△H>0)来消除CO的污染。请你判断上述反应是否能自发进行并说明理由________。
(5)下图是某空间站能量转化系统的局部示意图,其中燃料电池采用KOH溶液为电解液。
如果某段时间内氢氧储罐中共收集到33.6L气体(已折算成标准状况),则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为________mol。
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以黄铁矿(FeS2)、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备二氧化氯气体,再用水吸收获得二氧化氯溶液。在此过程中需要控制适宜的温度,若温度不当,副反应增加,影响生成ClO2气体的纯度,且会影响ClO2气体的吸收率。具体情况如图6所示。请回答下列问题
(1)据图可知,反应时需要控制的适宜温度是 ℃,达到此要求采取的适宜措施是 。
(2)已知:黄铁矿中的硫元素在酸性条件下被ClO3-氧化成SO42-,写出制备二氧化氯的离子方程式: 。
(3)某校化学学习小组拟以“m(ClO2)/m(NaClO3)”作为衡量ClO2产率的指标。若取NaClO3样品质量6.0g,通过反应和吸收可得400 mL ClO2溶液,取出20 mL,加入37.00 mL 0.500 mol·(NH4)2Fe(SO4)2 溶液充分反应,过量Fe2+再用0.0500 mol· K2Cr2O7标准溶液滴定至终点,消耗20.00 mL。反应原理如下:
4H++ClO2+5Fe2+=+5Fe3+ +2H2O
14H+ ++6 Fe2+ =2Cr3+ + 6 Fe3+ +7H2O
试计算ClO2的“产率”。(写出计算过程)
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Ba(NO3)2可用于生产绿色烟花、绿色信号弹、炸药、陶瓷釉药等。钡盐行业生产中排出大量的钡泥[主要含有BaCO3、 BaSO3、 Ba( FeO2)2等],某主要生产BaCO3、 BaSO4的化工厂利用钡泥制取Ba(NO3)2晶体(不含结晶水),其部分工艺流程如下:
又已知:
①Fe3+和Fe2+以氢氧化物形式沉淀完全时,溶液的pH分别为3.2和9.7;
②Ba(NO3)2晶体的分解温度:592℃;
③KSP(BaSO4)=1.lxl0-10, KSP(BaCO3)=5.1×10-9.
(1)该厂生产的BaCO3因含有少量BaSO4而不纯,提纯的方法是:将产品加入足量的饱和Na2CO3溶液中,充分搅拌,过滤,洗涤。试用离子方程式说明提纯原理: ______________ 。
(2)上述流程酸溶时,Ba(FeO2)2与HNO3反应生成两种硝酸盐,反应的化学方程式为:
________。
(3)该厂结合本厂实际,选用的X为________(填序号);
A.BaCl2 B.BaCO3 C.Ba(NO3)2 D.Ba(OH)2
(4)中和I使溶液的pH为4~5目的是________;
结合离子方程式简述原理________。
(5)从Ba(NO3)2溶液中获得其晶体的操作方法是________。
(6)测定所得Ba(NO3)2晶体的纯度:准确称取w克晶体溶于蒸馏水,加入足量的硫酸,充分反应后,过滤、洗涤、干燥,称量其质量为m克,则该晶体的纯度为________。
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硫有多种化合物,许多含硫化合物在工业上有重要的用途。
(1)工业上可用黄铁矿、焦炭在有限的空气中燃烧制备硫磺。
3FeS2 + 12C+ 8O2 Fe3O4 + nA↑+ 6S
A是________(写化学式)。若得到192克的硫磺,则产生标准状况下的A气体________L。
(2)硫的氯化物常做橡胶工业的硫化剂。硫与氯气在一定条件下反应,得到两种硫的氯化物B和D。B物质中的含硫量为0.3107,D物质中的含氯量为0.5259,B的相对分子质量比D小32。计算确定这两种氯化物的分子式分别为________。
(3)硫化氢有毒。在120℃、101kPa,将H2S和O2在密闭容器中点燃,充分反应后又恢复到了原来的温度和压强时,气体体积减少30%,求原混合其气体中H2S的体积分数。写出推导过程。(不考虑硫化氢的分解)
(4)硫代硫酸钠是重要的还原剂,可用亚硫酸钠和硫粉在水溶液中加热制得。取15.12g Na2SO3溶于80.0mL水中,加入5.00g硫粉,用小火加热至微沸,反应约1小时后过滤,将滤液蒸发至体积为30.0mL,再冷却到10℃,则理论上析出Na2S2O3∙5H2O多少克?写出推导过程。(已知:Na2S2O3的溶解度,10℃时为60.0g/100g水,100℃时为207g/100g水。100℃时,Na2S2O3饱和溶液的密度为1.14g/mL)。
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酸、碱、盐是化学工作者研究的重要领域,请回答下列各小题:(1)某二元酸H2X的电离方程式是:H2X=H++HX—,HX—X2—+H+。回答下列问题:
①KHX溶液显________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)。
②若0.1 mol·L—1KHX溶液的pH=2,则0.1 mol·L—1H2X溶液中氢离子的物质的量
浓度________(填“<”、“>”或“=”)0.11 mol·L—1,理由是________。 ________
③0.01 mol·L—1的HCl与0.02 mol·L—1的KHX溶液等体积混合液中各离子浓度由大到小的顺序是________
(2)在25℃下,向浓度均为0.1 mol·L—1的FeCl3和AlCl3混合溶液中逐滴加入氨水,先生成________(填化学式)沉淀。已知25℃时Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10—39 mol4·L—4,KsP[Al(OH)3]=1.3×10—33 mol4·L—4。
(3)在25℃下,有pH=3的醋酸溶液和pH=11的氢氧化钠溶液,其中氢氧化钠溶液的物质的量浓度是________,醋酸溶液的物质的量浓度________(填“>”、“<”、“=”)氢氧化钠溶液物质的量浓度。将上述两溶液等体积混合,反应后溶液显________(填“酸”、“碱”、“中”)性。
(4)某强酸性反应体系中,发生反应:
________X+________PbO2+________H2SO4 =________Pb(MnO4)2+________PbSO4+________H2O ,
已知X是一种硫酸盐,且0.2 mol X在该反应中失去1 mol 电子,则X的化学式是________
________。请将上述化学方程式配平,把系数填在各物质前的横线上。.
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(17分)工业上用NH3和CO2反应合成尿素:
2NH3(g)+ CO2(g)CO(NH2)2(g)+ H2O(g) △H1 = -536.1 kJ·mol-1
(1)此反应的平衡常数表达式K= 。升高温度,K值 (填增大、减小或不变)。
(2)其他条件不变,下列方法能同时提高化学反应速率和尿素产率的是 。
A.通入氦气 B.缩小体积
C.加入催化剂 D.除去体系中的水蒸气
(3)尿素可用于处理汽车尾气。CO(NH2)2(g)与尾气中NO反应生成CO2、N2、H2O(g)排出。又知:4NH3(g)+ 6NO(g)= 5N2(g)+ 6H2O(g) △H2 = -1806.4 kJ·mol-1,写出CO(NH2)2(g)与NO反应的热化学方程式 。
某小组模拟工业合成尿素,探究起始反应物的氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]对尿素合成的影响。在恒温下1L容器中,将总物质的量为3mol的NH3和CO2以不同的氨碳比进行反应,实验测得平衡体系中各组分的变化如图所示。回答问题:
(4)若a、b线分别表示NH3或CO2转化率的变化,其中表示NH3转化率的是 (填a或b)线。
(5)若a、b线分别表示NH3或CO2转化率的变化,c线表示平衡体系中尿素体积分数的变化,求M点对应的y值(写出计算过程,结果精确到0.1)。
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闪锌矿(主要成份为ZnS)是含锌主要矿物之一,高温加热闪锌矿生成ZnO和SO2。ZnO用于冶炼金属锌,SO2可制亚硫酸盐或硫酸。计算回答下列问题(保留2位小数)
(1)取1.56 g闪锌矿样品,在空气中高温加热(杂质不反应),充分反应后,冷却,得到残留固体的质量为1.32 g,样品中含硫化锌的质量分数是_________。
(2)取1.95 g锌加入到12.00 mL 18.4 mol/L的浓硫酸中(假设生成的气体中无氢气,浓硫酸产生单一的还原产物),充分反应后,小心地将溶液稀释到1000 mL,取出15.00 mL,以酚酞为指示剂,用0.25 mol/L的NaOH溶液滴定,耗用NaOH溶液的体积为21.70 mL。通过计算确定浓硫酸被还原的产物是________。
(3)若将ZnS溶于强酸可产生硫化氢气体。在120 oC、1 atm下,将100 mL硫化氢和氧气的混合气体点燃,恢复到原来状态,测得剩余气体为70 mL,求原混合气体中硫化氢的体积分数。(不考虑硫化氢气体自身受热分解)
(4)将标况下4.48 L SO2气体慢慢通入200 mL一定浓度NaOH溶液中,SO2气体全部被吸收,将反应后的溶液在空气中小心蒸干(不考虑酸式盐的分解),得到不超过两种物质的无水晶体26.8g。通过计算确定所得晶体的成分与物质的量。
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按要求完成下列各小题。
Ⅰ、CO和H2的混合气体俗称合成气,是一种重要的工业原料气,焦炭、天然气(主要成分为CH4)、重油、煤在高温下均可与水蒸气反应制得合成气。
(1)已知某反应的平衡常数表达式为:
它所对应的化学方程式为:。
(2)向体积为2L的密闭容器中充入CH4和H2O(g)组成的混合气(共1mol),在一定条件下发生反应,并达到平衡状态,测得温度、压强、投料比X〔n(CH4)/n(H2O)〕对该反应的影响如图所示。
①图1中的两条曲线所示投料比的关系X2 ____ X1(填“=”“>”或“<”下同)
②图2中两条曲线所示的压强比的关系:P2 _______P1
(3)以CH4、O2为原料可设计成燃料电池:
①设装置中盛有150.0mL 1.0mol/L KOH溶液,放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为4.48L,假设放电过程中没有气体逸出,则放电完毕后,所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为:
②以H2SO4溶液代替KOH溶液为电解质溶液,将CH4改为C6H12O6 ,则燃料电池的负极反应式为:
________。
Ⅱ、(1)某温度(t℃)时,测得0.01mol·L-1的NaOH溶液的pH=11。在此温度下,将pH=2的H2SO4溶液VaL与pH=12的NaOH溶液VbL混合,若所得混合液为中性,则Va︰Vb=。
(2)在25℃时,将c mol·L-1的醋酸溶液与0.02 mol·L-1NaOH溶液等体积混合后溶液刚好呈中性,用含c的代数式表示CH3COOH的电离常数Ka=____________________。
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I.工业上可用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
(1)“图1”表示反应中能量的变化,曲线________(填“a或b”)表示使用了催化剂;该反应的热化学方程式为________。
(2)若容器容积不变,下列措施可增大CO平衡转化率的是_____。
A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大
D.再充入1 mol CO和2 mol H2
(3)其他条件不变,请在“图2”中画出温度为T2(且T2<T1)时,CO的平衡转化率与H2和CO的起始组成比[n(H2)/n(CO)]的关系曲线。
II.向BaSO4沉淀中加入饱和碳酸钠溶液,充分搅拌,弃去上层清液,如此处理多次,可使BaSO4全部转化为BaCO3,发生的反应可表示为:BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)。
(4)现有0.20 mol BaSO4,加入1.0L 2.0mol/L的饱和Na2CO3溶液处理,假设起始的c(SO42-)≈0,平衡时,K=4.0×10-2,求达到平衡时发生转化的BaSO4的物质的量。(写出计算过程,计算结果保留2位有效数字)
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