的水解能力相同,推出NH4Z溶液中c(Z-)=c(NH
),又由物料守恒c(Z-)+c(HZ)=c(NH
)+c(NH3·H2O)可以推知c(HZ)=c(NH3·H2O),D项正确。
二、非选择题(必考题:
共43分。
)
26.(14分)次硫酸氢钠甲醛(NaHSO2·HCHO·2H2O)俗称吊白块,不稳定,120℃时会分解。
在印染、医药以及原子能工业中有广泛应用。
以Na2SO3、SO2、HCHO和锌粉为原料制备次硫酸氢钠甲醛的实验装置及实验步骤如下:
步骤1:
在三颈烧瓶中加入一定量Na2SO3和水,搅拌溶解,缓解通入SO2,至溶液pH约为4,制得NaHSO3溶液;
步骤2:
将装置A中导气管换成橡皮塞。
向烧瓶中加入稍过量的锌粉和一定量甲醛溶液,在80~90℃下,反应约3h,冷却至室温,抽滤;
步骤3:
将滤液真空蒸发浓缩,冷却结晶。
(1)装置B的烧杯中应加入的溶液是________;冷凝管中冷却水从________(填“a”或“b”)口进入。
(2)装置A中多孔球泡的作用是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)冷凝管中回流的主要物质除H2O外还有________(填化学式)。
(4)步骤3在真空容器中蒸发浓缩的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)为测定产品的纯度,准确称取2.0g样品,完全溶于水配成100mL溶液,取20.00mL所配溶液,加过量碘完全反应后(已知I2不能氧化甲醛,杂质不反应),加入BaCl2溶液至沉淀完全,过滤、洗涤、干燥至恒重,得到白色固体0.466g,产品的纯度为________。
答案:
(1)NaOH溶液 a
(2)增大气体与溶液的接触面积,加快气体的吸收速率
(3)HCHO
(4)防止温度过高使产物分解,也防止氧气将产物氧化
(5)77%
解析:
(1)为防止过量的SO2气体污染空气,需要用NaOH溶液吸收未反应的SO2气体;为了达到较好的冷凝效果,冷却水应该“下进上出”,故冷凝管中冷却水需从a口进入。
(2)装置A中多孔球泡能增大气体与溶液的接触面积,加快气体的吸收速率。
(3)为了提高反应物的利用率,实验中常用球形冷凝管进行回流,该实验中HCHO易挥发,是回流的主要物质。
(4)次硫酸氢钠甲醛易被空气中的氧气氧化,且120℃会分解,在真空容器中蒸发浓缩只需要较低的温度,可以防止温度过高产物分解,又由于真空环境隔绝了氧气,故也可防止产物被氧化。
(5)加入过量碘发生反应的离子方程式为HSO
+2I2+2H2O===SO
+4I-+5H+,产生的SO
与加入的BaCl2溶液反应生成白色固体BaSO4,其物质的量为
=0.002mol,根据S原子守恒可知20.00mL溶液中n(NaHSO2·HCHO·2H2O)=0.002mol,则2.0g样品中NaHSO2·HCHO·2H2O的质量为0.002mol×
×154g·mol-1=1.54g,则产品的纯度为
×100%=77%。
27.(14分)2Zn(OH)2·ZnCO3是制备活性ZnO的中间体,以锌焙砂(主要成分为ZnO,含少量Cu2+、Mn2+等)为原料制备2Zn(OH)2·ZnCO3的工艺流程如下:
(1)用(NH4)2SO4与NH3·H2O的混合溶液浸取锌焙砂生成[Zn(NH3)4]2+的过程中加入H2O2的目的是____________________________________________。
(2)加入(NH4)2S除杂过程中的主要离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)过滤3所得滤液可循环使用,其主要成分的化学式是________。
(4)检验2Zn(OH)2·ZnCO3沉淀是否洗涤干净的方法是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)写出沉锌步骤中发生反应的化学方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:
(1)将Mn2+氧化为MnO2除去
(2)Cu2++S2-===CuS↓ (3)(NH4)2SO4
(4)取最后一次洗涤液少许于试管中,滴加稀盐酸和BaCl2溶液,若无明显现象,则说明沉淀已洗涤干净(合理即可)
(5)3ZnSO4+6NH4HCO3===2Zn(OH)2·ZnCO3↓+5CO2↑+3(NH4)2SO4+H2O
解析:
流程图中各步主要转换如下:
(1)根据上述分析可知,浸取锌焙砂生成[Zn(NH3)4]2+时,加入H2O2的目的是将溶液中杂质Mn2+氧化为MnO2除去。
(2)加入的(NH4)2S能与溶液中的Cu2+反应,其离子方程式为Cu2++S2-===CuS↓。
(3)根据上述分析可知,过滤3所得滤液的主要成分为(NH4)2SO4,(NH4)2SO4也是浸取时的反应物,可循环使用。
(4)检验2Zn(OH)2·ZnCO3沉淀是否洗涤干净,即证明沉淀洗涤液中是否含有SO
,其操作为取最后一次洗涤液少许于试管中,滴加稀盐酸和BaCl2溶液,若无明显现象,则说明沉淀已洗涤干净。
(5)沉锌时ZnSO4与NH4HCO3反应生成2Zn(OH)2·ZnCO3、CO2、H2O和(NH4)2SO4,其化学方程式为3ZnSO4+6NH4HCO3===2Zn(OH)2·ZnCO3↓+5CO2↑+3(NH4)2SO4+H2O。
28.(15分)“绿水青山就是金山银山”,近年来,绿色发展、生态保护成为中国展示给世界的一张新“名片”。
汽车尾气是造成大气污染的重要原因之一,减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。
请回答下列问题:
(1)已知:
N2(g)+O2(g)===2NO(g)
ΔH1=+180.5kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH2=-393.5kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g)
ΔH3=-221kJ·mol-1
若某反应的平衡常数表达式为:
K=
,则此反应的热化学方程式为__________________。
(2)N2O5在一定条件下可发生分解反应:
2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),某温度下向恒容密闭容器中加入一定量N2O5,测得N2O5浓度随时间的变化如下表:
t/min
0
1
2
3
4
5
c(N2O5)/
(mol·L-1)
1.00
0.71
0.50
0.35
0.25
0.17
①反应开始时体系压强为p0,第2min时体系压强为p1,则p1:
p0=________。
2~5min内用NO2表示的该反应的平均反应速率为________________。
②一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量N2O5进行该反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是____________。
(填字母)
a.NO2和O2的浓度比保持不变
b.容器中压强不再变化
c.2v正(NO2)=v逆(N2O5)
d.气体的密度保持不变
(3)Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将K表达式中平衡浓度用平衡分压代替。
已知反应:
NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g),该反应中正反应速率v正=k正·p(NO2)·p(CO),逆反应速率v逆=k逆·p(NO)·p(CO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为________________(用k正、k逆表示)。
(4)如图是密闭反应器中按n(N2):
n(H2)=1:
3投料后,在200℃、400℃、600℃下,合成NH3反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线,已知该反应为放热反应。
①曲线a对应的温度是________。
②M点对应的H2的转化率是________。
(5)工业生产中产生的SO2废气可用如图方法获得H2SO4。
写出电解的阳极反应式__________________________。
答案:
(1)2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.5kJ·mol-1
(2)①7:
4(或1.75:
1) 0.22mol·L-1·min-1 ②b
(3)
(4)①200℃ ②75% (5)Mn2++2H2O-2e-===MnO2↓+4H+
解析:
(1)若某反应的平衡常数表达式为:
K=
,则其化学方程式为2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g),将题中3个已知热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,由②×2-①-③,可得:
2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1×2-180.5kJ·mol-1-(-221kJ·mol-1)=-746.5kJ·mol-1。
(2)①根据题表中数据及三段式法有:
2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)
开始(mol·L-1)1.0000
转化(mol·L-1)0.501.000.25
2min时(mol·L-1)0.501.000.25
该反应在恒温恒容条件下发生,反应前后气体的压强之比等于物质的量之比,也等于物质的量浓度之比,所以p1:
p0=(0.50+1.00+0.25):
1.00=7:
4。
2~5min内,v(N2O5)=
=0.11mol·L-1·min-1,v(NO2)=2v(N2O5)=0.22mol·L-1·min-1。
②反应过程中NO2和O2的浓度比始终保持不变,a项不能说明反应已经达到化学平衡状态;该反应在反应前后气体分子数不相等,反应过程中容器中压强为变量,容器中压强不再变化可以说明反应已经达到化学平衡状态,b项符合题意;v正(NO2)=2v逆(N2O5)时,正、逆反应速率相等,而2v正(NO2)=v逆(N2O5)时,正、逆反应速率不相等,c项不能说明反应已经达到化学平衡状态;反应物和生成物全为气体,气体总质量不变,而容器恒容,故反应过程中气体密度始终不变,d项不能说明反应已经达到化学平衡状态。
(3)Kp=
,v正=k正·p(NO2)·p(CO),v逆=k逆·p(NO)·p(CO2),平衡时正、逆反应速率相等,即k正·p(NO2)·p(CO)=k逆·p(NO)·p(CO2),则
=
,故Kp=
。
(4)①合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,NH3的产率降低,NH3的物质的量分数减小,曲线a、b、c中,在相同条件下曲线a对应NH3的物质的量分数最高,其反应温度最低,所以曲线a对应的温度为200℃。
②M点NH3的物质的量分数为60%,设NH3为0.6amol,则N2、H2共为0.4amol,因为反应器中按n(N2):
n(H2)=1:
3投料,故M点时H2为0.3amol,结合N2(g)+3H2(g)2NH3(g)可知,转化的H2的物质的量为0.9amol,所以M点对应H2的转化率=
×100%=75%。
(5)由题图可知在电解池的阳极发生Mn2+转化为MnO2的反应,电极反应式为Mn2++2H2O-2e-===MnO2↓+4H+。