資源簡(jiǎn)介

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密 封 線 內(nèi) 不 要 答 題
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姓名 班級(jí) 考號(hào)
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熱點(diǎn)題型專項(xiàng)突破
注意事項(xiàng)
1.全卷滿分100分。考試用時(shí)75分鐘。
2.可能用到的相對(duì)原子質(zhì)量:H-1　C-12　N-14　O-16　Na-23　Al-27　Si-28　S-32　Fe-56　Cu-64　Ce-140。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(實(shí)驗(yàn)探究題,13分)(1)某些反應(yīng)(如中和反應(yīng))的熱量變化的數(shù)值Q可通過(guò)量熱裝置測(cè)量反應(yīng)前后體系溫度變化,用公式Q=cρV總ΔT計(jì)算獲得。
熱量的測(cè)定:用0.500 0 mol·L-1 NaOH溶液和0.550 0 mol·L-1鹽酸各50 mL進(jìn)行反應(yīng),測(cè)得反應(yīng)前后體系的溫度分別為T0 ℃、T1 ℃,則該過(guò)程放出的熱量為　　　　　　J(c和ρ分別取4.18 J·g-1·℃-1和1.0 g·mL-1)。
(2)借鑒(1)的方法,甲同學(xué)測(cè)量放熱反應(yīng)Fe(s)+CuSO4(aq) Cu(s)+FeSO4(aq)的焓變?chǔ)(忽略溫度對(duì)焓變的影響,下同)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表。
序號(hào) 反應(yīng)試劑 體系溫度/℃
反應(yīng)前 反應(yīng)后
ⅰ 0.20 mol·L-1 CuSO4溶液100 mL 1.20 g Fe粉 a b
ⅱ 0.56 g Fe粉 a c
①溫度:b　　　c(填“>”“<”或“=”)。
②ΔH=　　　　　　(選擇表中一組數(shù)據(jù)計(jì)算)。結(jié)果表明,該方法可行。
(3)乙同學(xué)也借鑒(1)的方法,測(cè)量反應(yīng)A:Fe(s)+Fe2(SO4)3(aq) 3FeSO4(aq)的焓變。
查閱資料:配制Fe2(SO4)3溶液時(shí)需加入酸。
提出猜想:Fe粉與Fe2(SO4)3溶液混合,在反應(yīng)A進(jìn)行的過(guò)程中,可能存在Fe粉和酸的反應(yīng)。
驗(yàn)證猜想:用pH試紙測(cè)得Fe2(SO4)3溶液的pH不大于1;向少量Fe2(SO4)3溶液中加入Fe粉,溶液顏色變淺的同時(shí)有氣泡冒出,說(shuō)明存在反應(yīng)A和　　　　　　　　　　　　　　　(用離子方程式表示)。
實(shí)驗(yàn)小結(jié):猜想成立,不能直接測(cè)反應(yīng)A的焓變。
教師指導(dǎo):鑒于以上問(wèn)題,特別是氣體生成帶來(lái)的干擾,需要設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)氣體生成的實(shí)驗(yàn)方案。
優(yōu)化設(shè)計(jì):乙同學(xué)根據(jù)相關(guān)原理,重新設(shè)計(jì)了優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)方案,獲得了反應(yīng)A的焓變,該方案為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(實(shí)驗(yàn)探究題,15分)高錳酸鉀是一種常用的消毒劑和氧化劑。回答下列問(wèn)題:
實(shí)驗(yàn)(一):電解法制備KMnO4。
以石墨、銅為電極,電解K2MnO4溶液制備KMnO4溶液,裝置如圖所示。
(1)電解過(guò)程中,Cu電極附近電解質(zhì)溶液的pH　　　　(填“升高”“降低”或“不變”)。陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　。
(2)銅極、石墨極能否互換并簡(jiǎn)述理由:　　　　　　　　　　　　。
實(shí)驗(yàn)(二):探究K2FeO4和KMnO4氧化性強(qiáng)弱,裝置如圖所示。
閉合開關(guān)K,觀察到左燒杯中紫紅色溶液變?yōu)闇\黃色,右燒杯中無(wú)色溶液變?yōu)樽霞t色。
(3)閉合K,鹽橋中　　　　向左燒杯遷移。
(4)正極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　,實(shí)驗(yàn)結(jié)論是氧化性:Fe(填“>”“<”或“=”)。
實(shí)驗(yàn)(三):為了探究外界條件改變對(duì)草酸和酸性KMnO4溶液反應(yīng)的影響(Mn→Mn2+,H2C2O4→CO2),設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案:
實(shí)驗(yàn) 序號(hào) 實(shí)驗(yàn)溫 度/℃ KMnO4溶液(含硫酸) H2C2O4溶液 H2O 溶液顏色褪至無(wú)色時(shí)所需時(shí)間/s
V/mL c/mol·L-1 V/mL c/mol·L-1 V/mL
① 20 2 0.02 5 0.1 5 t1
② 20 2 0.02 4 0.1 6 10
③ 40 2 0.02 4 0.1 6 t2
(5)通過(guò)實(shí)驗(yàn)①、②可探究　　　　　　　　　對(duì)反應(yīng)速率的影響。
(6)在一定KMnO4溶液中加入適量硫酸,再加入一定量草酸溶液,產(chǎn)生CO2的體積(同溫同壓)與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示。
20~25 s反應(yīng)速率突增,其原因可能是　　　　　。
3.(工藝流程題,14分)硫酸鈰銨[(NH4)4Ce(SO4)4](M=596)是分析化學(xué)常用的滴定劑。以氟碳鈰礦(含CeFCO3、BaF2、SiO2)為原料制備硫酸鈰銨的工藝流程如圖所示。
已知:
①Ce3+在空氣中易被氧化為Ce4+。
②“沉鈰”時(shí)發(fā)生的反應(yīng)之一:Ce2(SO4)3+Na2SO4+6H2O Ce2(SO4)3·Na2SO4·6H2O。
回答下列問(wèn)題:
(1)濾渣A的成分是　　　　(填化學(xué)式)。“焙燒”中常采用高壓空氣、逆流操作(空氣從焙燒爐下部通入,礦粉從上部加入),這樣操作的目的是　　　　　　　　　　。
(2)“酸浸”中,鈰浸出率與溫度的關(guān)系如圖1所示,鈰浸出率與硫酸濃度的關(guān)系如圖2所示。工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)選擇的適宜溫度是　　　　℃,硫酸濃度為　　　　mol·L-1。
圖1　　　圖2
(3)“沉鈰”時(shí),硫脲作　　　　(填“還原劑”或“氧化劑”)。
(4)“溶解”時(shí),為防止Ce3+被氧化,可以加入　　　　(填字母)。
a.KMnO4　　　　　b.NaClO　　　　　c.CH3CHO
(5)測(cè)定產(chǎn)品純度。稱取w g產(chǎn)品溶于水,配制成250 mL溶液,準(zhǔn)確量取25.00 mL配制的溶液于錐形瓶中。加入V mL 0.10 mol·L-1 Na2Fe(SO4)2溶液,恰好完全反應(yīng),該產(chǎn)品純度為　　　　。(雜質(zhì)不參與反應(yīng),滴定反應(yīng)為Fe2++Ce4+ Ce3++Fe3+)
4.(工藝流程題,16分)對(duì)廢催化劑進(jìn)行回收可有效利用金屬資源。某廢催化劑主要含鋁(Al)、鉬(Mo)、鎳(Ni)等元素的氧化物及少量的硫化物,一種回收利用工藝的部分流程如下:
已知:Ⅰ.25 ℃時(shí),H2CO3的Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11;
Ⅱ.Ksp(BaMoO4)=3.5×10-8;Ksp(BaCO3)=2.6×10-9;
Ⅲ.酸性:H2MoO4>H2CO3;
Ⅳ.該工藝中,pH>6.0時(shí),溶液中Mo元素以Mo的形式存在。
(1)焙燒中,廢催化劑需粉碎,目的是　　　　　　　　　　　　　　。
(2)操作①是　　　　。
(3)生成固體X的離子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)溶液3中,主要存在的鈉鹽有NaCl和Y,Y為　　　　(填化學(xué)式);往溶液3中添加適量NaCl固體后,分別依次通入足量　 　　、　 　　(填化學(xué)式)氣體,可析出Y。
(5)25 ℃時(shí)為避免制備的BaMoO4中混入BaCO3沉淀,溶液中c(HC)∶c(Mo)=　　　　(列出算式即可)時(shí),應(yīng)停止加入BaCl2溶液。
5.(化學(xué)反應(yīng)原理綜合題,12分)含鈦礦石粉碎焙燒后浸出液水解制備偏鈦酸[TiO(OH)2]可回收鈦。
已知:ⅰ.一定條件下,Ti4+水解方程式為Ti4++3H2O TiO(OH)2+4H+;
ⅱ.常溫下,Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17,Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39。
水解制備偏鈦酸:浸出液中主要含Ti4+,還含少量Fe3+等,先向其中加入還原鐵粉,然后控制水解條件實(shí)現(xiàn)Ti4+水解制備偏鈦酸。
(1)用化學(xué)用語(yǔ)表示(NH4)2SO4溶液呈酸性的原因:　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)常溫下,浸出液的pH=2:①Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)2沉淀需要的濃度為　 　mol·L-1;Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀需要的濃度為　 　mol·L-1。②雜質(zhì)離子沉淀會(huì)降低鈦水解率,請(qǐng)解釋加入還原鐵粉的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)一定條件下,還原鐵粉添加比對(duì)鈦水解率的影響如圖所示。當(dāng)還原鐵粉添加比大于1時(shí),鈦水解率急劇下降。解釋其原因:　　　　　　　　　　　　　。
已知:還原鐵粉添加比=,n鐵粉為還原鐵粉添加量,n理論為浸出液中Fe3+全部還原為Fe2+所需的還原鐵粉理論量。
(4)一定條件下,溫度對(duì)鈦水解率的影響如圖所示。結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋鈦水解率隨溫度升高而增大的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
6.(化學(xué)反應(yīng)原理綜合題,15分)我國(guó)氫能源汽車已經(jīng)開始銷售,氫能源的熱值高、無(wú)污染,是理想的能源,工業(yè)上量產(chǎn)化制氫原理是CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)　ΔH=a kJ/mol。
(1)相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如表所示。
化學(xué)鍵 H—H H—O C—H
E/(kJ/mol) 435 745 463 415
則a=　　　　。
(2)關(guān)于上述反應(yīng)中CO2的再利用一直是科研工作者研究的重點(diǎn)。工業(yè)上利用CO2和H2制備甲醇的原理是CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g),現(xiàn)研究溫度及分子篩膜(用分子篩膜代替容器器壁,該膜只允許極性分子通過(guò))對(duì)甲醇平衡產(chǎn)率的影響。將CO2和H2分別按1.0 mol·L-1和4.0 mol·L-1充入恒容容器中,溫度及分子篩膜對(duì)甲醇平衡產(chǎn)率的影響如圖所示。
①220 ℃時(shí),經(jīng)過(guò)2 min達(dá)到M點(diǎn),則該條件下0~2 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(H2)=　　　　;無(wú)分子篩膜時(shí),升高溫度,反應(yīng)速率v正將　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
②其他條件不變,有分子篩膜時(shí)甲醇的平衡產(chǎn)率總是高于沒有分子篩膜時(shí),其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)工業(yè)上利用CO2和H2制備甲醇的容器中存在的反應(yīng)如下:
反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)
反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)
反應(yīng)Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g) 4H2O(g)+C2H4(g)
為分析催化劑對(duì)反應(yīng)的選擇性,在1 L恒容密閉容器中充入2.0 mol CO2和5.3 mol H2。若測(cè)得反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后,有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度變化如圖所示:
①該催化劑在較低溫度時(shí)主要選擇反應(yīng)　　　　(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。
②研究發(fā)現(xiàn),若溫度過(guò)高,三種含碳產(chǎn)物的物質(zhì)的量均會(huì)迅速降低,其主要原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)科研人員研究出一種方法,可實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)時(shí)CO2零排放,其基本原理如圖所示。溫度小于900 ℃時(shí)進(jìn)行電解反應(yīng),碳酸鈣先分解為CaO和CO2,電解質(zhì)為熔融碳酸鈉,陽(yáng)極的電極反應(yīng)為2C-4e- 2CO2↑+O2↑,則陰極的電極反應(yīng)為　　　　　　　　　　　　。
7.(化學(xué)反應(yīng)原理綜合題,15分)“低碳經(jīng)濟(jì)”已成為全世界科學(xué)家研究的重要課題。根據(jù)所學(xué)知識(shí)回答下列問(wèn)題:
Ⅰ.在一定條件下,CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1。
已知:①常溫常壓下,H2和CH4的燃燒熱分別為285.5 kJ·mol-1和890.0 kJ·mol-1;
②H2O(l) H2O(g)　ΔH2=+44.0 kJ·mol-1。
(1)ΔH1=　　　　kJ·mol-1。
(2)其他條件一定時(shí),不同壓強(qiáng)下,CO2的轉(zhuǎn)化率和CH4的產(chǎn)率如圖1所示。則CO2甲烷化應(yīng)該選擇的壓強(qiáng)約為　　　　MPa;CH4的產(chǎn)率小于CO2的轉(zhuǎn)化率的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
圖1
(3)不同條件下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶4投料發(fā)生反應(yīng)[副反應(yīng)為CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH3>0],CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖2所示。
圖2
①壓強(qiáng)p1、p2、p3由大到小的順序是　　　　　　。
②壓強(qiáng)為p1時(shí),隨著溫度升高,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率先減小后增大。解釋溫度高于600 ℃之后,隨著溫度升高CO2轉(zhuǎn)化率增大的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.某研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,CO2在一定條件下與H2O發(fā)生氧再生反應(yīng):CO2(g)+2H2O(g) CH4(g)+2O2(g)　ΔH1=+802.3 kJ·mol-1。
(4)恒壓條件下,按c(CO2)∶c(H2O)=1∶2投料,進(jìn)行氧再生反應(yīng),測(cè)得不同溫度下平衡時(shí)體系中各物質(zhì)濃度關(guān)系如圖3。
圖3
350 ℃時(shí),A點(diǎn)的平衡常數(shù)K=　　　　。為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可采取的措施為　　　　　　　　　　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
1.答案　(除標(biāo)注外,每空2分)(1)418(T1-T0)
(2)①>　②-20.9(b-a) kJ·mol-1或-41.8(c-a) kJ·mol-1(3分)
(3)Fe+2H+ Fe2++H2↑　將一定量的Cu粉加入一定濃度的Fe2(SO4)3溶液中反應(yīng),測(cè)量反應(yīng)熱,計(jì)算得到反應(yīng)Cu(s)+Fe2(SO4)3(aq) 2FeSO4(aq)+CuSO4(aq)的焓變?chǔ)1;根據(jù)(2)中實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到反應(yīng)Fe(s)+CuSO4(aq) Cu(s)+FeSO4(aq)的焓變?chǔ)2,根據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到反應(yīng)Fe(s)+Fe2(SO4)3(aq) 3FeSO4(aq)的焓變?yōu)棣1+ΔH2(4分)
解析　(1)由Q=cρV總ΔT可得Q=4.18 J·g-1·℃-1×1.0 g·mL-1×(50 mL+50 mL)×(T1-T0) ℃=418(T1-T0) J。
(2)①100 mL 0.20 mol·L-1 CuSO4溶液中n(CuSO4)=0.02 mol,1.20 g Fe粉和0.56 g Fe粉的物質(zhì)的量分別為0.021 mol、0.01 mol,實(shí)驗(yàn)ⅰ中有0.02 mol CuSO4發(fā)生反應(yīng),實(shí)驗(yàn)ⅱ中0.01 mol Fe粉只能與0.01 mol CuSO4發(fā)生反應(yīng),實(shí)驗(yàn)ⅰ放出的熱量多,則b>c。②若根據(jù)實(shí)驗(yàn)ⅰ進(jìn)行計(jì)算,ΔH=- kJ·mol-1=-20.9(b-a) kJ·mol-1;若根據(jù)實(shí)驗(yàn)ⅱ進(jìn)行計(jì)算,ΔH=- kJ·mol-1=-41.8(c-a) kJ·mol-1。
(3)用pH試紙測(cè)得Fe2(SO4)3溶液的pH不大于1,說(shuō)明溶液呈強(qiáng)酸性;向少量Fe2(SO4)3溶液中加入Fe粉,溶液顏色變淺的同時(shí)有氣泡冒出,即產(chǎn)生H2,反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H+ Fe2++H2↑。乙同學(xué)根據(jù)相關(guān)原理,重新設(shè)計(jì)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)方案的重點(diǎn)是如何防止Fe與酸反應(yīng)產(chǎn)生影響,可以借助蓋斯定律,設(shè)計(jì)分步反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)Fe2(SO4)3溶液與Fe的反應(yīng)。
2.答案　(除標(biāo)注外,每空2分)(1)升高　Mn-e- Mn
(2)不能互換,因?yàn)榛Q后銅為陽(yáng)極,陽(yáng)極上銅失去電子生成Cu2+,不能得到Mn
(3)K+
(4)Fe+3e-+8H+ Fe3++4H2O　>
(5) H2C2O4溶液的濃度(1分)
(6)產(chǎn)物中Mn2+起催化作用
解析　(1)Cu為陰極,陰極的電極反應(yīng)為2H2O+2e- H2↑+2OH-,有OH-產(chǎn)生,所以Cu電極附近電解質(zhì)溶液的pH升高。陽(yáng)極上Mn被氧化成Mn,電極反應(yīng)式為Mn-e- Mn。
(2)銅為陽(yáng)極時(shí),銅優(yōu)先發(fā)生氧化反應(yīng),不能制備高錳酸鉀,因此不能互換。
(3)左燒杯為正極區(qū),陽(yáng)離子移向正極,則鹽橋中的K+向正極遷移。
(4)在正極高鐵酸鉀被還原成鐵離子,電極反應(yīng)式為Fe+3e-+8H+ Fe3++4H2O;在負(fù)極,Mn2+被氧化為Mn,電極反應(yīng)式為Mn2+-5e-+4H2O Mn+8H+;該電池的總反應(yīng)為3Mn2++5Fe+16H+ 5Fe3++3Mn+8H2O,氧化性:Fe>Mn。
(5)比較①、②可知,除H2C2O4溶液的濃度不同外,其他條件均相同,所以是探究H2C2O4溶液的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響。
(6)溫度不變,從產(chǎn)物中找原因,結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)分析,20~25 s反應(yīng)速率突增的原因可能是產(chǎn)物中Mn2+起催化作用。
3.答案　(每空2分)(1)SiO2、BaSO4　增大接觸面積,提高反應(yīng)速率,使焙燒更充分,提高原料的利用率
(2)95　3.0
(3)還原劑
(4)c
(5)%
解析　氟碳鈰礦(含CeFCO3、BaF2、SiO2)在空氣中“焙燒”,根據(jù)已知信息①“焙燒”后Ce元素的化合價(jià)由+3價(jià)升高為+4價(jià),BaF2轉(zhuǎn)化為BaO,SiO2不反應(yīng),加稀硫酸“酸浸”,+4價(jià)Ce反應(yīng)生成Ce,BaO生成硫酸鋇,故濾渣A的主要成分為SiO2、BaSO4;浸液中的Ce與硫脲、硫酸鈉反應(yīng)被還原為Ce2(SO4)3·Na2SO4·6H2O,再加氫氧化鈉、稀硫酸溶解得到含Ce3+的溶液,加碳酸氫銨沉Ce,生成Ce2(CO3)3,灼燒得到CeO2,CeO2與稀硫酸反應(yīng)得Ce(SO4)2,最后與硫酸銨作用得到產(chǎn)品。
(1)濾渣A的成分為SiO2、BaSO4;“焙燒”中常采用高壓空氣、逆流操作的目的是增大接觸面積,提高反應(yīng)速率,使焙燒更充分,原料的利用率更大。
(2)根據(jù)題圖1,可以看出適宜的溫度為95 ℃,溫度再升高鈰浸出率基本不變;由題圖2可知,硫酸的濃度為3.0 mol·L-1時(shí),鈰浸出率最高。
(3)“沉鈰”時(shí),硫脲將+4價(jià)Ce還原為+3價(jià),故硫脲為還原劑。(4)KMnO4和NaClO都具有強(qiáng)氧化性,為防止Ce3+被氧化,應(yīng)該加入一種還原劑,選項(xiàng)中能做還原劑的為CH3CHO,故選c。
(5)Fe2++Ce4+ Ce3++Fe3+,n(Fe2+)=0.1 mol·L-1×V×10-3 L=1.0×10-4V mol,則n(Ce4+)=1.0×10-4V mol,原樣品中(NH4)4Ce(SO4)4的物質(zhì)的量為1.0×10-4V mol×10=1.0×10-3V mol,產(chǎn)品純度為×100%=%。
4.答案　(除標(biāo)注外,每空2分)(1)增大接觸面積,加快反應(yīng)速率,使廢催化劑充分焙燒
(2)過(guò)濾
(3)[Al(OH)4]-+CO2 Al(OH)3↓+HC
(4)NaHCO3(3分)　NH3　CO2
(5)(3分)
解析　(1)粉碎廢催化劑的目的是增大接觸面積,加快反應(yīng)速率,使廢催化劑充分焙燒。
(2)操作①后得到固體和溶液,所以操作①是過(guò)濾。
(3)溶液1中主要含有[Al(OH)4]-、Mo、OH-,通入過(guò)量CO2生成固體X,則X為Al(OH)3,離子方程式為[Al(OH)4]-+CO2 Al(OH)3↓+HC。
(4)溶液2中主要含有Mo、HC和Na+等,加入BaCl2溶液并調(diào)節(jié)pH=7.0,溶液3中主要存在的鈉鹽有NaCl和NaHCO3;由侯氏制堿法的原理可知,向溶液3中添加適量NaCl固體后,應(yīng)分別依次通入足量NH3和CO2,可析出NaHCO3。
(5)加入BaCl2溶液,調(diào)pH=7.0即c(H+)=10-7 mol·L-1,HC C+H+,Ka2(H2CO3)=,可得c(HC)========。
5.答案　(每空2分)(1)N+H2O NH3·H2O+H+
(2)①4.9×107　2.8×10-3　②Fe3+比Fe2+更易水解,加入還原鐵粉將Fe3+還原為Fe2+,防止Fe3+先發(fā)生水解生成氫氧化鐵沉淀,導(dǎo)致鈦水解率下降
(3)還原鐵粉添加比過(guò)大時(shí),過(guò)量的還原鐵粉將浸出液中的Ti(Ⅳ)還原為Ti(Ⅲ),從而造成鈦水解率降低
(4)浸出液中存在Ti4+水解平衡:Ti4++3H2O TiO(OH)2+4H+,水解反應(yīng)吸熱,在其他條件不變時(shí),升高溫度,Ti4+水解程度增大,導(dǎo)致鈦水解率增大
解析　(1)(NH4)2SO4溶液呈酸性是因?yàn)殇@根離子水解,其離子方程式為N+H2O NH3·H2O+H+。
(2)①常溫下,pH=2即c(H+)=10-2 mol·L-1,c(OH-)=10-12 mol·L-1,Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)2沉淀需要的濃度為= mol·L-1=4.9×107 mol·L-1,Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀需要的濃度為= mol·L-1=2.8×10-3 mol·L-1。
②雜質(zhì)離子沉淀會(huì)降低鈦水解率,根據(jù)①計(jì)算可知Fe3+較易水解,加入還原鐵粉可將Fe3+還原為Fe2+,防止Fe3+先發(fā)生水解生成氫氧化鐵沉淀,導(dǎo)致鈦水解率下降。
(3)當(dāng)還原鐵粉添加比大于1時(shí),鈦水解率急劇下降的原因是過(guò)量的還原鐵粉將浸出液中的Ti(Ⅳ)還原為Ti(Ⅲ)。
(4)浸出液中存在Ti4+水解平衡:Ti4++3H2O TiO(OH)2+4H+,鹽類的水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng),在其他條件不變時(shí),升高溫度,Ti4+水解程度增大,導(dǎo)致鈦水解率增大。
6.答案　(除標(biāo)注外,每空2分)(1)+282
(2)①0.3 mol·L-1·min-1　增大　②分子篩膜能及時(shí)分離出產(chǎn)物,使CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)平衡正向移動(dòng),甲醇的平衡產(chǎn)率增大(3分)
(3)①Ⅱ　②溫度升高,催化劑活性降低或失活
(4)3CO2+4e- C+2C
解析　(1)ΔH=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和,故a=4E(C—H)+4E(O—H)-2E()-4E(H—H)=4×415 kJ/mol+4×463 kJ/mol-(2×745 kJ/mol+4×435 kJ/mol)=+282 kJ/mol。
(2)①設(shè)M點(diǎn)時(shí),CO2減小的濃度為x mol·L-1。
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/(mol·L-1) 1.0 4.0 0 0
轉(zhuǎn)化/(mol·L-1) x 3x x x
平衡/(mol·L-1) 1.0-x 4.0-3x x x
根據(jù)M點(diǎn)數(shù)據(jù)可知,×100%=20%,即x=0.2,220 ℃時(shí),經(jīng)過(guò)2 min達(dá)到M點(diǎn),v(H2)==0.3 mol·L-1·min-1。升高溫度,正、逆反應(yīng)速率均增大,故反應(yīng)速率v正將增大。
②H2O和CH3OH都是極性分子,可以透過(guò)分子篩膜,所以使用分子篩膜時(shí),能及時(shí)分離出產(chǎn)物,CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)平衡正向移動(dòng),甲醇的平衡產(chǎn)率增大。
(3)①在較低溫度時(shí)主要生成甲烷,該催化劑在較低溫度時(shí)主要選擇反應(yīng)Ⅱ。
②若溫度過(guò)高,三種含碳產(chǎn)物的物質(zhì)的量均迅速降低,其主要原因可能是溫度升高,催化劑活性降低或失活。
(4)溫度小于900 ℃時(shí)進(jìn)行電解反應(yīng),碳酸鈣先分解為CaO和CO2,電解質(zhì)為熔融碳酸鈉,陽(yáng)極的電極反應(yīng)為2C-4e- 2CO2↑+O2↑,要實(shí)現(xiàn)CO2零排放,陰極需消耗CO2,陰極二氧化碳得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成碳和碳酸根離子,電極反應(yīng)為3CO2+4e- C+2C。
7.答案　(除標(biāo)注外,每空2分)(1)-164.0
(2)0.1(1分)　有其他含碳的副產(chǎn)物生成
(3)①p3>p2>p1　②溫度超過(guò)600 ℃時(shí),以CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)反應(yīng)為主,該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡正向移動(dòng),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率上升(3分)
(4)1(3分)　減小投料比c(CO2)∶c(H2O)(或及時(shí)移出產(chǎn)物)
解析　(1)常溫常壓下,H2和CH4的燃燒熱分別為285.5 kJ·mol-1和890.0 kJ·mol-1,則有③2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)　ΔH3=-571 kJ·mol-1,④CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)　ΔH4=-890.0 kJ·mol-1,根據(jù)蓋斯定律可知,2×③-④+2×②可得CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1=2×ΔH3-ΔH4+2×ΔH2=2×(-571 kJ·mol-1)-(-890.0 kJ·mol-1)+2×(+44.0 kJ·mol-1)=-164.0 kJ·mol-1。
(2)題圖1中,隨著壓強(qiáng)增大,CO2的轉(zhuǎn)化率變化不大,CH4的產(chǎn)率逐漸減小,故CO2甲烷化應(yīng)該選擇的壓強(qiáng)約為0.1 MPa;CH4的產(chǎn)率小于CO2的轉(zhuǎn)化率的原因是有其他含碳的副產(chǎn)物生成。
(3)①CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)是放熱反應(yīng),低溫時(shí),主要發(fā)生該反應(yīng),該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng),其他條件不變時(shí)增大壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大,故p3>p2>p1。
②壓強(qiáng)為p1時(shí),溫度低于600 ℃時(shí),以CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)反應(yīng)為主,該反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率下降;溫度超過(guò)600 ℃時(shí),以CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)反應(yīng)為主,該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡正向移動(dòng),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率上升。
(4)恒壓條件下,按c(CO2)∶c(H2O)=1∶2投料,分析題圖3可知曲線a表示H2O的濃度變化,曲線b表示CO2的濃度變化,曲線c表示O2的濃度變化,曲線d表示CH4的濃度變化;350 ℃時(shí),c(CO2)=c(CH4),c(H2O)=c(O2),K==1;為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可采取的措施為減小投料比c(CO2)∶c(H2O)或及時(shí)移出產(chǎn)物。

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