三草酸合-铁(III)酸钾K3 [Fe(C2O4)3]·3H2O (Mr=491)为绿色晶体,易溶于水,难溶于乙醇等有机溶剂。110℃下可失去结晶水,230℃时即分解,是制备负载型活性铁催化剂的主要原料。以硫酸亚铁铵为原料制备三草酸合铁(III)酸钾晶体的流程如下所示:
请回答下列问题:
(1)实验室中也可用Fe3+盐代替硫酸亚铁铵来制备该晶体,需先用碱液沉淀Fe3+,若用同浓度的NaOH溶液或氨水通过相同操作来沉淀,选择______能获得颗粒较大的Fe(OH)3。
(2)氧化过程中采用水浴加热,控制最佳温度为40℃,理由是_______,发生反应的化学方程式为_______。氧化完全后需将所得溶液煮沸,目的是__________________。
(3)关于过程X的下列说法中不正确的是________________。
A.可采用冷却和向溶液中加入乙醇的方法促使晶体析出
B.为了快速得到较干燥的固体,可以采用抽滤的方法
C.洗涤晶体时,可先用少量水洗,再用乙醇洗
D.可用加热烘干的方法得到较干燥的晶体
(4)为了分析产品纯度,进行如下操作:
准确称取产品0.9350g,配制成250mL溶液。每次移取25.00mL置于锥形瓶中,加入足量稀H2SO4酸化,将C2O42-转化为H2C2O4,用0.0100mol/LKMnO4溶液滴定至终点,现象是_______。平行测定三次,消耗KMnO4的体积分别为20.02mL,19.98mL,20.00mL,则所得粗产品的纯度为_________________。(已知:5 H2C2O4+2 MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O)
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工业上常用软锰矿(主要成分为MnO2)制备KMnO4,,其流程如下所示:
(1)将原料粉碎后,通人空气,加热熔融时,发生反应的化学方程式为_______________。
(2)软锰矿中除了含有MnO2,还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、SiO2等杂质,这些杂志会导致KOH消耗量______
(填“偏高”或“偏低”)。
(3)上述过程中可以循环使用的物质有MnO2和_____________(写化学式)。
(4)反应a的化学方程式为________________。
(5)操作I的名称为_________,操作II利用KMnO4和K2CO3溶解性的差异,采取________(填操作方法名称)、趁热过滤得到KMnO4,粗晶体。粗晶体洗涤后得到纯净的晶体。证明晶体已经洗涤干净的操作是______。
(6)某工厂排放的废水中含有Mn2+、Ca2+、Mg2+(阴离子为SO42-),若想将Mn2+回收利用,可利用以下流程:
已知:
物质X应选用__________(由一种阳离子和一种阴离子组成,填化学式);根据溶解度曲线可知,采用蒸发浓缩、趁热过滤操作时需控制的温度最适宜为___________(填序号)。
①20℃ ②40℃ ③80℃ ④120℃
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C、N、S的氧化物常会造成一些环境问题,科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的影响。
(1)CO2的重整:用CO2和H2为原料可得到CH4燃料。
已知:
CH4( g) +CO2( g) 2CO( g)+2H2( g) △H1=+247kJ·mol-1
CH4(g) +H2O(g) CO( g)+3H2(g) △H2=+205kJ • mol-1
写出CO2重整的热化学方程式_________________。
(2). “亚硫酸盐法”吸收烟气中的SO2。
①将烟气通入1.0mol·L-1的Na2SO3溶液,若此过程中溶液体积不变,则溶液的pH不断___________。(填“减小”、“ 不变”或 “增大”)。当溶液pH约为6时,吸收SO2的能力显著下降,应更换吸收剂,此时溶液中c(SO32-)=0.2mol ·L-1,则溶液中c(HSO3-)=____________。
②室温条件下,将烟气通入(NH4)2SO3溶液中,测得溶液pH与各组分物质的量分数的变化关系如图甲所示。
a点时n(HSO3-):n(H2SO3)=__________,b点时溶液pH=7,则n(NH4+):n(HSO3-)=___________。
(3)催化氧化法去除NO,—定条知下,用NH3消除NO污染,其反应原理为4NH3+6NO5N2+6H2O。不同温度条件下,n(NH3):n(NO)的物质的量之比分別为4:1、3:3、1:3时,得到NO脱除率曲线如图乙所示:
①曲线a中NO的起始浓度为6×10-4 mg/m3,从A点到B点经过0.8s,该时间段内NO的脱除速率
为__________mg/(m3·s)
②曲线b对应NH3与NO的物质的量之比是__________。
(4)间接电化学法除NO。其原理如图丙所示,写出电解池阴极的电极反应式(阴极室溶液呈酸性):________________;吸收池中除去NO的原理:________________ (用离子方程式表示)。
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七铝十二钙(12CaO·7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料,用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下:
(1)煅粉主要含MgO和________,用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,若溶液Ⅰ中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1,则滤液pH大于________[Mg(OH)2的Ksp=5×10-12];该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3,原因是______________________________。
(2)滤液Ⅰ中的阴离子有________(忽略杂质成分的影响);若滤液Ⅰ中仅通入CO2,会生成________,从而导致CaCO3产率降低。
(3)用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜,反应的离子方程式为_______________________________。
(4)电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应方程式_________________________________。
(5)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlCl和Al2Cl两种离子在Al电极上相互转化,其他离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为____________________________________________________。
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(15分)银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:
(注:Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃)
(1)电解精炼银时,阴极反应式为 ;滤渣A与稀HNO3反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学方程式为 。
(2)固体混合物B的组成为 ;在生成固体B的过程中,需控制NaOH的加入量,若NaOH过量,则因过量引起的反应的离子方程式为 。
(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式: CuO+ Al2O3 CuAlO2 + ↑。
(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为 mol CuAlO2,至少需要1.0mol•L—1的Al2(SO4)3溶液 L。
(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾,其基本操作是 、过滤、洗涤和干燥。
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(16分)大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化。将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。
(1)O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成:
①I-(aq)+ O3(g)==IO-(aq)+O2(g) △H1
②IO-(aq)+H+(aq)HOI(aq) △H2
③HOI(aq)+ I-(aq)+ H+(aq)I2(aq)+H2O(l) △H3
总反应的化学方程式为______,其反应△H=______。
(2)在溶液中存在化学平衡:I2(aq)+I-(aq)I3-(aq),其平衡常数表达式为_______。
(3)为探究Fe2+对氧化I-反应的影响(反应体系如图13),某研究小组测定两组实验中I3-浓度和体系pH,结果见图14和下表。
编号 | 反应物 | 反应前pH | 反应后pH |
第1组 | O3+ I- | 5.2 | 11.0 |
第2组 | O3+ I-+ Fe2+ | 5.2 | 4.1 |
①第1组实验中,导致反应后pH升高的原因是_______。
②图13中的A为 。由Fe3+生成A的过程能显著提高I-的转化率,原因是_______。
③第2组实验进行18s后,I3-下降。导致下降的直接原因有(双选)______。
A.c(H+)减小 B.c(I-)减小 C.I2(g)不断生成 D.c(Fe3+)增加
(4)据图14,计算3~18s内第2组实验中生成I3-的平均反应速率(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
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(16分)脱水偶联反应是一种新型的直接烷基化反应,例如:
(1)化合物I的分子式为_____,1mol该物质完全燃烧最少需要消耗_____molO2。
(2)化合物II可使____溶液(限写一种)褪色;化合物III(分子式为C10H11C1)可与NaOH水溶液共热生成化合物II,相应的化学方程式为______。
(3)化合物III与NaOH乙醇溶液共热生成化合物IV,IV的核磁共振氢谱除苯环峰外还有四组峰,峰面积之比为为1∶1∶1∶2,IV的结构简式为_______。
(4)由CH3COOCH2CH3可合成化合物I。化合物V是CH3COOCH2CH3的一种无支链同分异构体,碳链两端呈对称结构,且在Cu催化下与过量O2反应生成能发生银镜反应的化合物VI。V的结构简式为______,VI的结构简式为______。
(5)一定条件下, 与也可以发生类似反应①的反应,有机产物的结构简式为_____。
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硅在地壳中的含量较高,在自然界中硅主要以硅的氧化物和硅酸盐的形式存在。高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。下图为一种工业上提纯硅的路线:
相关信息如下:
a.硼、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;
b.有关物质的物理常数见下表:
物质 | SiCl4 | BCl3 | FeCl3 | PCl5 | Si | SiH4 |
沸点/℃ | 57.7 | 12.8 | 315 | — | 2355 | -111.9 |
熔点/℃ | -70.0 | -107.2 | — | — | 1410 | — |
升华温度/℃ | — | — | 300 | 162 | — | — |
请回答下列问题:
(1)SiCl4的电子式:________________;
(2)写出①的化学方程式________________________________________;
(3)①SiO2是硅酸盐玻璃的主要成分,盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成粘性的硅酸盐而无法打开,写出发生反应的离子方程式 ______________________________________________________________
②硅能与NaOH溶液反应,但同主族元素金属锗(Ge)不易溶于NaOH溶液,但有H2O2存在时,锗能与NaOH溶液反应生成锗酸盐,请写出化学反应方程式 ______________________________________________________________
(4)用强还原剂LiAlH4在乙醚介质中还原SiCl4,制得高纯度的甲硅烷SiH4,SiH4极易水解生成SiO2·nH2O和另一种气体。写出SiH4水解的化学反应方程式 __________________________________________________________________
(5)下列有关含硅材料说法正确的是_______________ (填字母)
A. 沸点:SiCl4 > SiH4
B. 金刚砂的有效成分是氮化硅,硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承
C. 玻璃、陶瓷、水泥是广泛使用的三大新型硅酸盐材料
D. 人工制造的分子筛(一种具有均匀微孔结构的铝硅酸盐),主要用作吸附剂和催化剂等。
E. 锗、锡、铅的+4价氢氧化物的碱性强弱顺序:Ge(OH)4 < Sn(OH)4 < Pb(OH)4
(6)粗硅中常含有铁、硼、磷等杂质,步骤②需在无氧无水环境下,控制温度在460℃左右得到SiCl4粗品,欲提纯SiCl4,步骤③采用的工艺方法依次是沉降、冷凝和_____________,需收集温度在_________℃左右的馏分。
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碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3,简称DMC)在医药、农药、香料等多个领域具有广泛的应用,称为绿色化学品。目前,主要通过甲醇、CO、O2在常压、70~120℃和催化剂的条件下合成DMC。主要副产物有HCOOCH3和CO2。请回答下列问题:
(1)已知:①CO的标准燃烧热为:−283.0 kJ•mol−1
②1mol H2O(l)完全蒸发变成H2O(g)需吸收44.0 kJ的热量
③2CH3OH(g)+CO2(g)⇌CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)△H=−15.5 kJ•mol−1
则2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)⇌CH3OCOOCH3 (g)+H2O(l)△H=______________ 。
该反应在常压和70~120℃条件下就能自发反应的原因是_______________。
(2)在制备DMC的实际工艺过程中,用活性炭负载法制得的催化剂比沉淀法制得的催化剂有更高的活性,说明影响催化剂活性的因素有_______________ 。从化学反应原理分析,合适的催化剂在化学反应中的作用有①________________________, ②提高化学反应的选择性能。
(3)使用甲醇汽油可减少汽车尾气对环境的污染,某化工厂用水煤气为原料合成甲醇,恒温条件下,在体积可变的密闭容器中发生反应:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g),达到平衡时,测得CO、H2、CH3OH分别为1mol、1mol、1mol,容器的体积为3L,该温度下,现往容器中继续通入3mol CO,此时v(正)__________ v(逆)(选填‘‘>”、“<’’或“=”),用数据说明理由__________________。
(4)某研究小组在某温度下,在100mL恒容密闭容器中投入2.5mol CH3OH(g)、适量CO2和6×10−5 mol催化剂发生反应③,研究反应时间对甲醇转化数(TON)的影响,其变化曲线如图所示.(计算公式为:TON=转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量)。在该温度下,最佳反应时间是_________h;4~10h内DMC的平均反应速率是_______ 。
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纤维素是由很多单糖单元构成的,每一个单糖单元有三个醇羟基,因此纤维素能够表现出醇的一些性质,如生成硝酸酯、乙酸酯等。
(1)试写出生成纤维素硝酸酯和纤维素乙酸酯的化学方程式。
(2)工业上把酯化比较安全、含氮量高的纤维素硝酸酯叫做火棉,火棉可用来制造无烟火药,试简述可做火药的理由。
(3)纤维素乙酸酯俗名醋酸纤维,常用作电影胶片的片基。试分析醋酸纤维和硝酸纤维哪个容易着火,为什么?
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