D.根据CN-水解平衡常数,得出:
=10-4,c(OH-)=10-2.5,pOH=2.5,则pH=11.5,故D错误;
答案:
C。
8.四溴化钛(TiBr4)可用作橡胶工业中烯烃聚合反应的催化剂。
已知TiBr4常温下为橙黄色固体,熔点为38.3℃,沸点为233.5℃,具有潮解性且易发生水解。
实验室利用反应TiO2+C+2Br2
TiBr4+CO2制备TiBr4的装置如图所示。
回答下列问题:
(1)检查装置气密性并加入药品后,加热前应进行的操作是__,其目的是__,此时活塞K1,K2,K3的状态为__;一段时间后,打开电炉并加热反应管,此时活塞K1,K2,K3的状态为____。
(2)试剂A为__,装置单元X的作用是__;反应过程中需用热源间歇性微热连接管,其目的是___。
(3)反应结束后应继续通入一段时间CO2,主要目的是___。
(4)将连接管切断并熔封,采用蒸馏法提纯。
此时应将a端的仪器改装为__、承接管和接收瓶,在防腐胶塞上加装的仪器是___(填仪器名称)。
【答案】
(1).打开K1,关闭K2和K3
(2).先通入过量的CO2气体,排除装置内空气(3).打开K1,关闭K2和K3(4).打开K2和K3,同时关闭K1(5).浓硫酸(6).吸收多余的溴蒸气同时防止外界的水蒸气使产物水解(7).防止产品四溴化钛凝固成晶体,堵塞连接管,造成危险(8).排出残留在装置中的TiBr4和溴蒸气(9).直形冷凝管(10).温度计(量程250°C)
【解析】
【分析】
⑴检查装置气密性并加入药品后,加热前应进行排除装置内的空气,防止反应物碳单质与氧气反应,浪费原料,还可能产生有毒气体CO等,污染空气,开始仅仅是通入CO2气体,所以只需要打开K1,关闭K2和K3,打开电炉并加热反应管,此时需要打开K2和K3,同时关闭K1,保证CO2气体携带溴蒸气进入反应装置中。
⑵因为产品四溴化钛易发生水解,因此整套装置需要保持干燥,因此进入的CO2气体必须干燥,装置单元X应为尾气处理装置,吸收多余的溴蒸气,同时还能防止空气中的水蒸气干扰实验,防止产品四溴化钛水解变质。
⑶反应结束后在反应装置中还有少量四溴化钛残留,以及剩余的溴蒸气,应继续通入一段时间CO2,主要目的是把少量残留四溴化钛排入收集装置中,提高产率,而且还可以排出剩余的溴蒸气,进行尾气处理,防止污染。
⑷实验结束后,将连接管切断并熔封,采用蒸馏法提纯,因此需要用到直形冷凝管。
【详解】⑴检查装置气密性并加入药品后,加热前应进行排除装置内的空气,防止反应物碳单质与氧气反应,浪费原料,还可能产生有毒气体CO等,污染空气,因此加热实验前应先通入过量的CO2气体,其目的是排除装置内空气。
此时仅仅是通入CO2气体,所以只需要打开K1,关闭K2和K3;而反应开始一段时间后,打开电炉并加热反应管,此时需要打开K2和K3,同时关闭K1,保证CO2气体携带溴蒸气进入反应装置中,故答案为先通入过量的CO2气体;排除装置内空气;打开K1,关闭K2和K3;打开K2和K3,同时关闭K1。
⑵因为产品四溴化钛易发生水解,因此整套装置需要保持干燥,因此进入的CO2气体必须干燥,所以试剂A为浓硫酸(作干燥剂),装置单元X应为尾气处理装置,吸收多余的溴蒸气,同时还能防止空气中的水蒸气干扰实验,防止产品四溴化钛水解变质。
反应过程中需用热源间歇性微热连接管,其目的是防止产品四溴化钛凝固成晶体,堵塞连接管,造成危险,用热源间歇性微热连接管可以使产品四溴化钛加热熔化,流入收集装置中,故答案为浓硫酸;吸收多余的溴蒸气同时防止外界的水蒸气使产物水解;防止产品四溴化钛凝固成晶体,堵塞连接管,造成危险。
⑶反应结束后在反应装置中还有少量四溴化钛残留,以及剩余的溴蒸气,应继续通入一段时间CO2,主要目的是把少量残留四溴化钛排入收集装置中,提高产率,而且还可以排出剩余的溴蒸气,进行尾气处理,防止污染,故答案为排出残留在装置中的TiBr4和溴蒸气。
⑷实验结束后,将连接管切断并熔封,采用蒸馏法提纯。
在产品四溴化钛中还有残留的液溴,因此根据题中给出的四溴化钛的沸点233.5°C,可以使用蒸馏法提纯;此时应将a端的仪器改装为直形冷凝管、承接管和接收瓶,在防腐胶塞上加装的仪器是温度计(量程是250°C),故答案为直形冷凝管;温度计(量程250°C)。
9.某科研小组利用硫铁矿(主要成分是FeS2,含Fe2O3、SiO2、Al2O3等杂质)制备重要的化工原料纳米Fe2O3的工艺流程如图所示。
回答下列问题:
(1)煅烧前硫铁矿粉碎的目的是__,硫铁矿煅烧得到的气体需回收,该气体在工业上的主要用途是__。
(2)用稀硫酸浸取硫铁矿烧渣的主要反应的离子方程式为__,浸取后过滤得到的滤渣的化学式为__。
(3)加入FeS2的主要目的是还原滤液中的Fe3+,反应的化学方程式为:
FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4,反应中每消耗1molFeS2,转移的电子数目为__,检验Fe3+是否完全被还原,应选择__(填标号)。
A.KMnO4溶液B.K3[Fe(CN)6]溶液C.KSCN溶液
(4)加FeCO3调溶液pH到5.8左右,其目的为__。
(5)加入NH4HCO3生成FeCO3的离子方程式为__,若煅烧得到160g纳米Fe2O3,则消耗的气体和生成的气体的物质的量之比为__。
【答案】
(1).增大接触面积,加快反应速率,使硫铁矿煅烧更加充分
(2).工业制硫酸(3).Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O(4).SiO2(5).14NA或8.428×1024(6).C(7).除去滤液中的Al3+(8).2HCO3-+Fe2+=FeCO3↓+CO2↑+H2O(9).1:
4
【解析】
【分析】
硫铁矿煅烧,发生FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2,加硫酸,Al2O3、Fe2O3与硫酸反应,SiO2不与硫酸反应,根据流程目的是制备纳米Fe2O3,需要除去Al3+,因为Fe(OH)3的溶度积小于Al(OH)3的溶度积,因此先将Fe3+转化成Fe2+,加入FeS2的目的是将Fe3+转化成Fe2+,加入FeCO3调节pH,使Al3+以Al(OH)3形式除去,加入NH4HCO3,Fe2+与HCO3-反应生成FeCO3,煅烧FeCO3得到Fe2O3,逐步进行分析;
【详解】
(1)煅烧前粉碎硫铁矿,增加硫铁矿与空气的接触面积,加快反应速率,使硫铁矿煅烧更加充分;FeS2与O2发生4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2,利用SO2制备硫酸;
(2)硫铁矿煅烧后的烧渣为Fe2O3、Al2O3、SiO2,SiO2为酸性氧化物不与硫酸反应,Fe2O3与硫酸反应生成Fe2(SO4)3,Al2O3与硫酸反应生成Al2(SO4)3,烧渣中Fe2O3为主要物质,因此加入硫酸发生的主要反应是Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O;浸取后的滤渣为SiO2;
(3)根据反应方程式,FeS2中S由-1价转化成+6价,Fe2(SO4)3中Fe的化合价由+3价转化成+2价,因此消耗1molFeS2,转移电子物质的量为1mol×2×[6-(-1)]=14mol,即转移电子物质的量为14NA或8.428×1024;检验Fe3+是否完全被还原,则需要检验是否含有Fe3+,即用KSCN溶液检验,如果溶液不变红,则说明Fe3+完全反应,反之未完全反应,答案悬C;
(4)根据上述分析,加入FeCO3的目的是调节pH,使Al3+以Al(OH)3形式沉淀出来;
(5)加入NH4HCO3溶液得到FeCO3,即反应的离子方程式为2HCO3-+Fe2+=FeCO3↓+CO2↑+H2O;煅烧FeCO3得到Fe2O3反应方程式为4FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2,消耗O2和生成CO2的物质的量之比为1:
4。
【点睛】难点是(5)离子方程式的书写,因为生成FeCO3,需要HCO3-电离出CO32-,即HCO3-
H++CO32-,Fe2+结合CO32-生成FeCO3沉淀,促使平衡向正反应方向进行,c(H+)增大,然后发生H+与HCO3-反应生成CO2,最后写出离子方程式即可,书写类似反应时,注意原理的应用。
10.合成气(CO、H2)是一种重要的化工原料气。
合成气制取有多种方法,如煤的气化、天然气部分氧化等。
回答下列问题:
I.合成气的制取
(1)煤的气化制取合成气。
已知:
①H2O(g)=H2O(l)△H=-44kJ/mol;
②部分物质的燃烧热:
则反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)的△H=___kJ/mol。
(2)天然气部分氧化制取合成气。
如果用O2(g)、H2O(g)、CO2(g)混合物氧化CH4(g),欲使制得的合成气中CO和H2的物质的量之比为1︰2,则原混合物中H2O(g)与CO2(g)的物质的量之比为__。
Ⅱ.利用合成气合成乙醇
在一定条件下,向容积为2L的恒容密闭容器中投入2molCO和4molH2,发生反应:
2CO(g)+4H2(g)
CH3CH2OH(g)+H2O(g)。
(1)写出该反应的平衡常数表达式__。
(2)下列情况能作为判断反应体系达到平衡的标志是__(填序号)。
A.压强不再变化B.平均摩尔质量不再变化C.密度不再变化
(3)反应起始压强记为p1、平衡后记为p2,平衡时H2的转化率为__。
(用含p1、p2的代数式表示)
Ⅲ.合成乙醇的条件选择
为探究合成气制取乙醇的适宜条件,某科研团队对不同温度、不同Rh质量分数的催化剂对CO的吸附强度进行了研究,实验数据如图。
CO的非离解吸附是指CO尚未乙醇化,离解吸附是指CO已经乙醇化。
(1)结合图像从低温区、高温区分析温度对CO吸附强度的影响__;以及催化剂对CO吸附强度的影响__。
(2)用Rh作催化剂,合成气制取乙醇的适宜温度是__。
【答案】
(1).+131.3
(2).2:
1(3).
(4).AB(5).
×100%(6).在低温区,温度升高,不同催化剂对CO
非离解吸附强度均增大;在高温区,温度升高,不同催化剂对CO的离解吸附强度均减小(7).相同温度下,催化剂中Rh质量分数越高,CO的吸附强度越大(8).550℃
【解析】
【分析】
I.
(1)书写出C、CO、H2燃烧的热化学反应方程式,然后根据盖斯定律得到结果;
(2)分别书写出CH4与O2、CH4与H2O、CH4与CO2反应的方程式,根据反应方程式的特点,进行分析判断;
II.
(1)根据化学平衡常数的定义进行分析;
(2)根据化学平衡状态的定义进行分析;
【详解】I.
(1)C(s)+O2(g)+CO2(g)△H=-393.5kJ·mol-1①,
CO(g)+
O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ·mol-1②,
H2(g)+
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ·mol-1③,
H2O(g)=H2O(l)△H=-44kJ·mol-1④,根据盖斯定律,①+④-③-②,得出△H=+131.3kJ·mol-1;
(2)分别发生的方程式为CH4+
O2=CO+2H2、CH4+CO2=2CO+2H2、CH4+H2O=CO+3H2,要求合成气中CO和H2的物质的量之比为1:
2,O2可以是任意值,只需让CO2、H2O反应后CO的物质的量、H2的物质的量之比为1:
2即可,令CO2为amol,则生成n(CO)=2amol,n(H2)=2amol,令H2O为bmol,则生成n(CO)=bmol,n(H2)=3bmol,有(2a+b):
(2a+3b)=1:
2,解得a:
b=1:
2;
II.
(1)根据化学平衡常数的定义,K=
;
(2)A.因为反应前后气体系数之和不相等,因此当压强不再改变,说明反应达到平衡,故A符合题意;
B.组分都是气体,气体质量保持不变,该反应为气体物质
量减少的反应,根据摩尔质量的定义,因此当摩尔质量不再改变,说明反应达到平衡,故B符合题意;
C.气体的总质量保持不变,容器为恒容,因此密度不变,不能说明反应达到平衡,故C不符合题意;
(3)相同条件下,压强之比等于物质的量,即达到平衡后气体总物质的量为
mol,
,解得n(H2)=
mol,则H2的转化率为
=
×100%;
III.
(1)根据图像,在低温区,温度升高,不同催化剂对CO的非离解吸附强度均增大;在高温区,温度升高,不同催化剂对CO的离解吸附强度均减小;相同温度下,催化剂中Rh质量分数越高,CO的吸附强度越大;
(2)根据图像,最适宜温度为550℃。
【点睛】II.(3)计算氢气的转化率,一般采用三段式法进行计算,我们也可以采用其他方法进行计算,该反应为物质的量减少的反应,因此可以采用差量法进行,先根据相同条件下,压强之比等于物质的量之比,求出达到平衡后,气体总物质的量,起始前气体总物质的量减去该值,即反应过程中减少的量,这种方法比三段式法要简单一些,因此平时化学反应原理计算过程中,应多总结一些计算方法。
11.碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是世界各国研究的热点问题。
汽车尾气中含有害的一氧化碳和一氧化氮,利用钯(Pd)等金属作催化剂可以迅速将二者转化为无害的二氧化碳和氮气。
(1)钯与镍位于同列,且在镍的下一周期,钯在元素周期表的位置是__,基态镍原子的价电子的电子排布图为__。
(2)C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为__。
(3)SO2分子的VSEPR构型为__;SO3分子中心原子的杂化形式为__;N2O与CO2互为等电子体,且N2O分子中O只与一个N相连,N2O的空间构型为_,分子中的σ键和π键数目之比是__。
(4)大π键是3个或3个以上原子彼此平行的p轨道从侧面相互重叠形成的π键。
一氧化氮分子中,氮与氧之间形成一个σ键、一个2电子π键与一个3电子π键,则3电子π键__(填“是”或“不是”)大π键;一氧化氮可与Fe2+生成棕色[Fe(H2O)5NO]2+离子,为检验亚铁离子的反应之一,[Fe(H2O)5NO]2+离子中配位体是__。
(5)CO可形成熔点为-20℃,沸点为103℃的配合物Fe(CO)5,Fe(CO)5分子中铁元素的化合价为___,属于__晶体。
(6)钯晶体的晶胞如图,晶胞的边长为apm,NA表示阿伏加德罗常数的值,则钯单质的密