A.a线表示Fe(OH)2饱和溶液中的变化关系
B.当Fe(OH)2和Cu(OH)2沉淀共存时,溶液中c(Fe2+):
c(Cu2+)=104.6:
1
C.除去CuSO4溶液中少量的Fe2+,可加入适量CuO
D.向X点对应的饱和溶液中加入少量NaOH,可转化为Y点对应的溶液
【答案】B
【解析】
【分析】
A.该温度下,Ksp[Cu(OH)2]<Ksp[Fe(OH)2],则c(Fe2+)>c(Cu2+),离子浓度越大,-lgc(M2+)值越小;
B.c(Fe2+):
c(Cu2+)=
;
C.除去CuSO4溶液中含有的少量Fe2+,加入适量CuO,Fe2+不变;
D.向X点对应的饱和溶液中加入少量NaOH,金属离子的浓度会减小。
【详解】A.该温度下,Ksp[Cu(OH)2]<Ksp[Fe(OH)2],则c(Fe2+)>c(Cu2+),离子浓度越大,-lgc(M2+)值越小,所以b线表示Fe(OH)2饱和溶液中的变化关系,A错误;
B.c(Fe2+):
c(Cu2+)=
=104.6:
1,B正确;
C.Ksp[Cu(OH)2]<Ksp[Fe(OH)2],Cu(OH)2更易生成沉淀,在含有Fe2+的CuSO4溶液中,加入适量CuO,不能生成Fe(OH)2沉淀,所以Fe2+浓度不变,C错误;
D.向X点对应的饱和溶液中加入少量NaOH,溶液中会生成Cu(OH)2沉淀,溶液中铜离子的浓度会减小,而从X点到Y点铜离子浓度不变,D错误;
故合理选项是B。
【点睛】本题考查了难溶物的溶解平衡、溶度积的表达式及计算、物质的分离与提纯,注意掌握难溶物的溶解平衡及其影响因素,明确溶度积的概念及计算方法,本题难度适中。
8.草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O,M=180g/mol)呈淡黄色,可用作晒制蓝图。
某实验小组对其进行了一系列探究。
I.纯净草酸亚铁晶体热分解产物的探究
(1)气体产物成分的探究。
小组成员采用如下装置可重复选用)进行实验:
①E中盛装碱石灰的仪器名称为_________。
②按照气流从左到右的方向,上述装置的接口顺序为a→g→f→_____→尾气处理装置(仪器可重复使用)。
③实验前先通入一段时间N2,其目的为__________________。
④实验证明了气体产物中含有CO,依据的实验现象为_____________。
(2)小组成员设计实验证明了A中分解后的固体成分为FeO,则草酸亚铁晶体分解的化学方程式为____________________。
(3)晒制蓝图时,以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂,该反应的化学方程式为______________。
Ⅱ.草酸亚铁晶体样品纯度的测定
工业制得的草酸亚铁晶体中常含有FeSO4杂质,测定其纯度的步骤如下:
步骤1:
称取mg草酸亚铁晶体样品并溶于稀HSO4中,配成250mL溶液;
步骤2:
取上述溶液25.00mL,用cmol/LKMnO4标准液滴定至终点,消耗标准液V1mL;
步骤3:
向反应后溶液中加入适量锌粉,充分反应后,加入适量稀H2SO4,再用cmol/LKMnO4标准溶液滴定至终点,消耗标准液V2mL。
(4)步骤2中滴定终点的现象为______________;步骤3中加入锌粉的目的为_______。
(5)草酸亚铁晶体样品的纯度为________;若步骤1配制溶液时部分Fe2+被氧化变质,则测定结果将____(填“偏高”、“偏低”或“不变”)。
【答案】
(1).U形管
(2).b→c→h→i(或i→h)→d→e→b→c(3).排尽装置中的空气,防上加热时发生爆炸(4).C中固体由黑色变为红色,后B装置中出现浑浊(5).FeC2O4·2H2O
FeO+CO↑+CO2↑+2H2O(6).3FeC2O4+2K3[FeCN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4(7).锥形瓶中溶液颜色变为浅紫色,且30s内不褪色(8).将Fe3+还原为Fe2+(9).
×100%(10).偏低
【解析】
【分析】
I.在A中草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)受热发生分解反应:
FeC2O4·2H2O
FeO+CO↑+CO2↑+2H2O,用D检验水蒸气的存在,用B检验CO2气体,然后用E干燥CO,将CO用通入C使CO与CuO发生反应:
CO+CuO
CO2+Cu,反应产生的CO2气体通过B装置检验,由于反应过程中有CO产生,会导致大气污染,所以最后将气体进行尾气处理。
用K3[Fe(CN)6]溶液检验溶液中的Fe2+,据此书写反应方程式;
II.步骤2中向FeC2O4·2H2O、FeSO4溶解后的酸性溶液在滴入酸性KMnO4溶液,溶液中的Fe2+、H2C2O4都被氧化,Fe2+变为Fe3+;KMnO4被还原为无色的Mn2+;H2C2O4变为CO2气体逸出;步骤3中向反应后溶液中加入适量锌粉,Zn将溶液中Fe3+还原为Fe2+,充分反应后,加入适量稀H2SO4,再用cmol/LKMnO4标准溶液滴定至终点,这时溶液中Fe2+还原为Fe3+,消耗标准液V2mL。
则前后两次消耗的高锰酸钾溶液的体积差就是氧化H2C2O4消耗的体积,根据C守恒可知n(H2C2O4)=n(FeC2O4·2H2O),最后根据电子守恒确定KMnO4与FeC2O4·2H2O的物质的量关系,利用该反应消耗的n(KMnO4)计算出FeC2O4·2H2O的质量,从而可得其纯度,据此分析。
【详解】
(1)①根据E的结构可知E中盛装碱石灰的仪器名称为U形管;
②根据上述分析可知仪器使用的先后顺序为ADBECB,则按照气流从左到右的方向,上述装置的接口顺序为a→g→f→b→c→h→i(或i→h)→d→e→b→c→尾气处理装置;
③实验前先通入一段时间N2,其目的为排尽装置中的空气,防上加热时产生的CO与装置内的空气混合加热发生爆炸事故;
④实验证明了气体产物中含有CO,依据的实验现象为C中固体Cu变为Cu单质,物质由黑色变为红色,反应产生的CO2气体可以使后面的B装置中出现浑浊现象;
(2)草酸亚铁晶体受热分解产生FeO、CO、CO2和水,根据电子守恒及原子守恒,可得分解的化学方程式为FeC2O4·2H2O
FeO+CO↑+CO2↑+2H2O;
(3)K3[Fe(CN)6]溶液遇FeC2O4,溶液变为蓝色,该反应的化学方程式为3FeC2O4+2K3[FeCN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4;
(4)在步骤2中用酸性KMnO4滴定含有Fe2+、H2C2O4的溶液,KMnO4被还原为无色的Mn2+,所以滴定终点的现象为锥形瓶中溶液颜色变为浅紫色,且30s内不褪色。
在步骤3中加入锌粉的目的为将溶液中的Fe3+还原为Fe2+,以便于确定溶液H2C2O4的物质的量,并根据C元素守恒,计算出FeC2O4的物质的量。
(5)根据上述分析可知草酸消耗的KMnO4的物质的量为n(KMnO4)=cmol/L×(V1-V2)×10-3L=c(V1-V2)×10-3mol,根据反应过程在电子守恒可得KMnO4与H2C2O4的物质的量关系为5H2C2O4—2KMnO4,H2C2O4是FeC2O4·2H2O与硫酸反应产生,根据元素守恒可知FeC2O4·2H2O—5H2C2O4—2KMnO4,故n[FeC2O4·2H2O]=
n(KMnO4)=
c(V1-V2)×10-3mol,所以草酸亚铁晶体样品的纯度为
×100%=
×100%。
若步骤1配制溶液时部分Fe2+被氧化变质,则V1偏小,根据=
×100%可知,测定结果将偏低。
【点睛】本题考查了仪器的识别、化学实验基本操作、仪器使用先后顺序、滴定终点的判断方法、误差分析、物质含量的测定等知识。
掌握化学基础知识、物质的性质及守恒方法、关系式法计算等是本题解答的关键。
9.汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的重要原因之一,治理汽车尾气和燃煤尾气是环境保护的重要课题。
回答下列问题:
(1)煤燃烧产生的烟气中含有氮的氧化物,用CH4催化还原NO2可消除氮氧化物的污染。
已知:
①CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867.0kJ/mol;
②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+67.8kJ/mol;
③N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+89.0kJ/mol
则CH4催化还原NO的热化学方程式为__________________________________。
(2)在汽车排气系统中安装三元催化转化器,可发生反应:
2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2(g)。
在某密闭刚性容器中通入等量的CO和NO,发生上述反应时,c(CO)随温度(T)和时间(t)的变化曲线如图所示。
①据此判断该反应的正反应为____(填“放热”或“吸热”)反应。
②温度T1时,该反应的平衡常数K=_____;反应速率v=v正-v逆=k正c2(NO)c2(CO)-k逆c2(CO2)c(N2),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,计算a处
=________。
(3)SNCR-SCR脱硝技术是一种新型的除去烟气中氮氧化物的脱硝技术,一般采用氨气或尿素作还原剂,其基本流程如图:
①SNCR-SCR脱硝技术中用NH3作还原剂还原NO的主要反应为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g),△H<0,则用尿素[CO(NH2)2]作还原剂还原NO2的化学方程式为____________。
②体系温度直接影响SNCR技术的脱硝效率,如图所示:
SNCR与SCR技术相比,SCR技术的反应温度不能太高,其原因是__________;当体系温度约为925℃C时,SNCR脱硝效率最高,其可能的原因是______________。
【答案】
(1).CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H= -977.2 kJ/mol
(2).放热(3).80(4).648(5).4CO(NH2)2+6NO2
4CO2+7N2+8H2O(6).温度太高, 会降低催化剂活性(7).低于925℃反应速率较慢,高于925℃不利于脱硝反应正向进行
【解析】
【分析】
(1)CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867.0kJ/mol;
②2N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+67.8kJ/mol;
③N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+89.0kJ/mol
利用盖斯定律计算①+②-③×2得到CH4催化还原NO的热化学方程式;
(2)①根据先拐先平温度高,T1>T2,纵轴温度越高CO浓度越大,说明升温平衡逆向进行;
②温度为T1时,化学平衡常数的的含义,利用三段式计算出各种物质的平衡浓度,将各种物质的平衡浓度带入公式可得其平衡常数的数值;速率常数只与温度有关,温度不变,速率常数不变,根据平衡时v正=v逆,可得
=K,根据v正=k正c2(NO)c2(CO),v逆=k逆c2(CO2)c(N2),代入
即可计算出其数值;
(3)①尿素[CO(NH2)2]作还原剂还原NO2,反应生成氮气、二氧化碳和水;
②脱硝的最佳温度约为925℃,此时脱硝效率最大,SNCR与SCR技术相比,SNCR技术的反应温度较高是因为未加入催化剂,从催化剂活性分析温度的影响;从平衡移动角度及反应速率选择合适的温度。
【详解】
(1)①CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867.0kJ/mol;
②2N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+67.8kJ/mol;
③N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+89.0kJ/mol
利用盖斯定律计算①+②-③×2得到CH4催化还原NO的热化学方程式CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H= -977.2 kJ/mol;
(2)①先拐先平温度高,T1>T2,纵轴温度越高CO浓度越大,说明升温平衡逆向进行,则该反应的正反应为放热反应,△H<0;
②在某密闭容器中通入等量的CO和NO,根据图象可知开始时,c(CO)=c(NO)=2mol/L,平衡状态下一氧化碳浓度为0.4mol/L,
2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2(g)
起始量(mol/L) 2 2 0 0
变化量(mol/L)1.6 1.6 1.6 0.8
平衡量(mol/L)0.4 0.4 1.6 0.8
根据平衡常数的含义可得该温度下的反应平衡常数K=
=80;
当该可逆反应达到平衡时v正=v逆,根据v=v正-v逆=k正c2(NO)c2(CO)-k逆c2(CO2)c(N2),可得
=K,根据v正=k正c2(NO)c2(CO),v逆=k逆c2(CO2)c(N2),在a点,c(NO)=c(CO)=1.2mol/L,根据物质反应时的物质的量关系可知,此时c(CO2)=0.8mol/L,c(N2)=0.4mol/L,则
=
=
=648;
(3)①尿素[CO(NH2)2]作还原剂还原NO2,反应生成氮气、二氧化碳和水,反应的化学方程式为:
4CO(NH2)2+6NO2
4CO2+7N2+8H2O;
②图象可知SNCR技术的脱硝的最佳温度为:
925°C左右,但温度也不能太高,这是因为温度低,反应速率慢,但温度太高, 会降低催化剂活性;当体系温度约为925℃C时,SNCR脱硝效率最高,其可能的原因是温度较低时,化学反应速率慢,达到平衡所需的时间过长,生产效率滴低下,温度过高,催化剂活性降低,且升高温度有利于反应向吸热的逆反应方向方向进行,不利于脱硝技术消除烟气中的氮氧化物。
【点睛】本题考查了热化学方程式书写、化学反应速率和平衡常数的计算、影响化学平衡的因素分析、氧化还原反应和图象中定量关系计算的解应用,掌握基础是解题关键,题目难度适中。
10.钼(Mo)是一种重要的过渡金属元素,工业上由钼精矿(主要成分是MoS2)制备单质钼和铝酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)的流程如下:
(1)Na2MoO4·2H2O中Mo元素的化合价为____;钼精矿焙烧的主要反应中,氧化剂和还原剂物质的量之比为________。
(2)流程中由Na2MoO4溶液获得晶体的操作是_________、过滤、洗涤、干燥。
加入Na2CO3溶浸时发生的主要反应的离子方程式为______________。
(3)操作1中,所得Na2MoO4溶液中含SO42+杂质,其中c(MoO42+)0.80mol/L,c(SO42-)=0.04mol/L在结晶前需加入Ba(OH固体以除去溶液中的SO42-。
当BaMoO4开始沉淀时,SO42-的去除率是______。
[Ksp(BaSO4)