(3)首先用pH试纸测定雨水样品的pH,操作方法为:
取一条试纸放在干燥洁净的表面皿(或玻璃片)上,用干燥洁净的玻璃棒蘸取雨水样品点在试纸上,待变色后立即对照标准比色卡读数;此中性溶液是亚硫酸钠溶液,根据电荷守恒:
,中性溶液,氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等,[Na+]=2[]+[H];亚硫酸溶液久置于空气中,被氧化为硫酸,酸性增强,对水的电离抑制作用增强,与久置前相比,久置后的溶液B中水的电离程度将减小。
(4)流程中可以再生循环利用的物质是氢氧化钠,通过亚硫酸钠与氢氧化钙溶液反应得到,再生的反应方程式为:
Na2SO3+Ca(OH)2
CaSO3↓+2NaOH。
三、实验题:
共15分
9.粉煤灰是燃煤电厂的废渣,主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3和C等。
实验室模拟工业从粉煤灰提取活性Al2O3,其流程如图:
已知烧结过程的产物主要是:
NaAlO2、Ca2SiO4、NaFeO2和Na2SiO3等。
(1)写出烧结过程中铝元素转化的化学方程式 。
(2)操作a为冷却、研磨,其中研磨的目的是 。
(3)浸出过程中,NaFeO2可完全水解,水解反应的离子方程式为 。
(4)操作b的名称是 ,所用的玻璃仪器有 、 和烧杯。
(5)“碳化”时生成 沉淀,沉淀的化学式为 。
【答案】
(1)Al2O3+NaCO3
2NaAlO2+CO2↑
(2)提高烧结产物浸出率
(3)+2H2O
Fe(OH)3↓+OH-
(4)过滤漏斗、玻璃棒
(5)Al(OH)3
【解析】本题考查了物质的分离、提纯的方法的应用,考查学生对工艺流程的理解、元素化合物性质等知识。
粉煤灰是燃煤电厂的废渣,主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3和C等,当加CaCO3、Na2CO3进行烧结,发生Al2O3+Na2CO3
2NaAlO2+CO2↑、Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑、2CaCO3+SiO2
Ca2SiO4+2CO2↑、Fe2O3+Na2CO3
2NaFeO2+CO2↑、C+O2
CO2,所以气体X为CO2,操作a为冷却、研磨,加入碳酸钠溶液浸出, +2H2O
Al(OH)3+OH-,碳酸钠溶液呈碱性,抑制偏铝酸根离子的水解,NaFeO2可完全水解,+2H2O
Fe(OH)3↓+OH-,操作b过滤出Fe(OH)3、Ca2SiO4,加入氧化钙脱硅,氧化钙和水反应生成氢氧化钙,氢氧化钙和硅酸根离子反应生成硅酸钙沉淀,操作b过滤出硅酸钙沉淀,滤液为NaAlO2,通入二氧化碳,碳酸酸性强于氢氧化铝,所以发生:
NaAlO2+CO2+2H2O
NaHCO3+Al(OH)3↓,过滤出沉淀氢氧化铝,加热氢氧化铝生成氧化铝和水,电解氧化铝得到铝和氧气。
(1)“烧结“过程中氧化铝和碳酸钠反应:
Al2O3+Na2CO3
2NaAlO2+CO2↑。
(2)“烧结”过程的产物主要是:
NaAlO2、Ca2SiO4、NaFeO2和Na2SiO3等,操作a的下一步为浸出,操作a为冷却、研磨,所以研磨的目的是提高烧结产物浸出率。
故答案为:
提高烧结产物浸出率。
(3)碳酸钠溶液呈碱性,抑制偏铝酸根离子的水解,NaFeO2可完全水解,Fe+2H2O
Fe(OH)3↓+OH-。
(4)浸出液经过两次操作b分离沉淀,所以b为过滤,过滤时需要制作过滤器的漏斗、固定仪器的铁架台、引流用的玻璃棒、承接滤液的烧杯;所以还需用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒。
故答案为:
过滤;漏斗、玻璃棒。
(5)操作b过滤出硅酸钙沉淀,滤液为NaAlO2,通入二氧化碳,碳酸酸性强于氢氧化铝,所以发生:
NaAlO2+CO2+2H2O
NaHCO3+Al(OH)3↓,所以“碳化”时生成沉淀氢氧化铝。
故答案为:
Al(OH)3。
四、综合题:
共2题共31分
10.(本题15分)乳酸亚铁([CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O,Mr=288)是一种常用的补铁剂,可通过乳酸与碳酸亚铁反应制得:
CH3CH(OH)COOH+FeCO3+2H2O→[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O+CO2↑。
已知FeCO3易被氧化:
4FeCO3+6H2O+O2
4Fe(OH)3+4CO2,某兴趣小组用FeCl2(用铁粉和稀盐酸制得)和NH4HCO3制备FeCO3的装置示意图如下:
回答下列问题:
(1)NH4HCO3盛放在装置 中(填字母),该装置中涉及的主要反应的离子方程式 。
(2)将生成的FeCl2溶液和NH4HCO3溶液混合时的操作是 。
(3)将制得的FeCO3加入到足量乳酸溶液中,再加入少量铁粉,75℃下搅拌反应。
铁粉的作用是 。
反应结束后,无需过滤,除去过量铁粉的方法是 。
(4)该兴趣小组用KMnO4法测定样品中亚铁含量进而计算产品中乳酸亚铁的质量分数,发现产品的质量分数总是大于100%,其原因可能是 。
经查阅文献后,该兴趣小组改用铈(Ce)量法测定产品中Fe2+的含量。
取2.880g产品配成100mL溶液,每次取20.00mL,进行必要处理,用0.1000mol·
Ce(SO4)2标准溶液滴定至终点,平均消耗Ce(SO4)219.70mL。
滴定反应如下:
Ce4++Fe2+
Ce3++Fe3+,则产品中乳酸亚铁的质量分数为 。
【答案】
(1)装置C;Fe2++2
FeCO3
+CO2↑+H2O
(2)(待D处的气体纯净后)关闭活塞3、打开活塞2
(3)防止+2价的铁元素被氧化;加入适量乳酸让铁粉反应完全
(4)乳酸根离子被酸性KMnO4氧化(或其他合理答案);98.50%
【解析】本题考查物质的性质和制备。
(1)根据题意:
“某兴趣小组用FeCl2(用铁粉和稀盐酸制得)和NH4HCO3制备FeCO3”,B装置生成FeCl2,C装置生成FeCO3,故NH4HCO3应盛放在装置C中,该装置中反应的离子方程式Fe2++2
FeCO3
+CO2↑+H2O;
(2)待D处的气体纯净后,关闭活塞3、打开活塞2,B中继续反应,生成的气体使压强增大,B中的液体进入C中;(3)加入铁的目的:
防止+2价的铁元素被氧化;加入适量乳酸让铁粉反应完全;(4)酸性KMnO4能使乳酸根离子氧化,氧化Fe2+的KMnO4变少,计算产品中乳酸亚铁的质量分数总是大于100%;20.00mL乳酸亚铁溶液消耗0.1000mol·L-1Ce(SO4)219.70mL,100.00mL乳酸亚铁溶液消耗0.1000mol·
Ce(SO4)25×19.70mL=98.5mL,根据Ce4++Fe2+
Ce3++Fe3+,m(乳酸亚铁)=0.1000mol·
×98.5mL×288g/mol,=(0.1000mol·
×98.5mL×288g/mol)÷2.88g×100%=98.50%。
11.(本题16分)钒是一种重要的合金元素,还用于催化剂和新型电池。
从含钒固体废弃物(含有SiO2、Al2O3及其他残渣)中提取钒的一种新工艺主要流程如图:
物质
V2O5
NH4VO3
VOSO4
(VO2)2SO4
溶解性
难溶
难溶
可溶
易溶
部分含钒化合物在水中的溶解性如上表:
请回答下列问题:
(1)反应①所得溶液中除H+之外的阳离子有___________。
(2)反应②碱浸后滤出的固体主要成分是(写化学式) 。
(3)反应④的离子方程式为 。
(4)25℃、101 kPa时,4Al(s)+3O2(g)
2Al2O3(s) ΔH1=-a kJ/mol
4V(s)+5O2(g)
2V2O5(s) ΔH2=-b kJ/mol
用V2O5发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是 。
(5)钒液流电池(如图所示)具有广阔的应用领域和市场前景,该电池中隔膜只允许H+通过。
电池放电时负极的电极反应式为 ,电池充电时阳极的电极反应式是 。
(6)用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液,以测定反应①后溶液中的含钒量,反应的离子方程式为:
2V+H2C2O4+2H+
2VO2++2CO2↑+2H2O。
取25.00mL0.1000 mol/LH2C2O4标准溶液于锥形瓶中,加入指示剂,将待测液盛放在滴定管中,滴定到终点时消耗待测液24.0mL,由此可知,该(VO2)2SO4溶液中钒的含量为
g/L。
【答案】
(1)V、Al3+
(2)Al(OH)3
(3)+V
NH4VO3↓;
(4)10Al(s)+3V2O5(s)
5Al2O3(s)+6V(s) ΔH=- kJ/mol
(5)V2+-e-
V3+ ; VO2+-e-+H2O
V+2H+
(6)10.6
【解析】本题通过从含钒固体废弃物(含有SiO2、Al2O3及其他残渣)中提取钒的一种新工艺主要流程考查了氢氧化铝的两性、离子方程式书写、盖斯定律、电极反应式书写以及物质含量的计算,题目难度较大。
(1)用硫酸溶解含钒固体废弃物(含有SiO2、Al2O3及其他残渣),生成(VO2)2SO4和硫酸铝,溶液中的阳离子除氢离子外还有V、Al3+;
(2)含杂质的(VO2)2SO4溶液用碳酸钠溶液碱浸生成含杂质的NaVO3溶液,Al(OH)3不溶于弱碱,所以反应②碱浸后滤出的固体主要成分是
Al(OH)3;(3)据工艺流程图可知,反应④的离子方程式为+V
NH4VO3↓;(4)已知①4Al(s)+3O2(g)
2Al2O3(s)△H1=-a kJ/mol;②4V(s)+5O2(g)
2V2O5(s)△H2=-b kJ/mol;据盖斯定律,(①×5-②×3)÷2得:
10Al(s)+3V2O5(s)
5Al2O3(s)+6V(s)△H=- kJ/mol;(5)钒液流电池放电时负极发生氧化反应,据图可知,电极反应式为V2+-e-
V3+,正极发生还原反应,充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为VO2+-e-+H2O
V+2H+;(6)据滴定数据,结合离子方程式c(V)==0.2083mol/L,所以1L溶液中含V的质量为0.2083m