山东省泰安肥城市2023-2024学年高三9月阶段测试化学试题(解析版)
展开2.选择题答案必须使用2B铅笔(按填涂样例)正确填涂;非选择题答案必须使用0.5毫米黑色签字笔书写,字体工整,笔迹清晰。
3.请按照题号在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。保持卡面清洁,不折叠、不破损。
可能用到的相对原子质量:H1 N14 Cl35.5 Fe56 C59
一、选择题:本题共10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意。
1. 非物质文化遗产体现了古代劳动人民的智慧。下列说法错误的是
A. “烟台绒绣”用羊毛绒线绣制,不可用加酶洗涤剂清洗
B. “即墨老酒”由黍米酿制,其原理是淀粉水解可得乙醇
C. “硫熏”使“莱州草辫”色泽白净,兼有驱虫、防腐的功能
D. “胶东花饽饽”用酵母作膨松剂,使用过程中发生了化学变化
【答案】B
【解析】
【详解】A.羊绒的主要成分是蛋白质,加酶洗衣粉含有生物催化剂酶,可以催化蛋白质的分解反应,A正确;
B.淀粉水解得到葡萄糖,B错误;
C.硫燃烧产生的二氧化硫杀菌消毒漂白,C正确;
D.酵母菌在适宜的温度,发酵使面粉中的淀粉转化糖,再将糖分转化二氧化碳气体,在低温蒸制时使二氧化碳气体收缩,使面团发生蜂窝状,D正确;
故答案为:B。
2. 下列说法中不正确的是
A. NOx和碳氢化合物是造成光化学烟雾污染主要原因
B. H2SO4和CuCl2均可通过化合反应得到
C. 侯氏制碱法原理是将NH3通入含有CO2的饱和食盐水中制得NaHCO3
D. 工业接触法制备硫酸涉及到的转化为FeS2→SO2→SO3→H2SO4
【答案】C
【解析】
【详解】A.光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物(CxHy)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在阳光(紫外光)作用下发生光化学反应生成二次污染物,所以NOx和碳氢化合物是造成光化学烟雾污染的主要原因,A正确;
B.SO3与H2O发生化合反应生成H2SO4,Cu与Cl2在点燃条件下化合生成CuCl2,所以二者均可通过化合反应得到,B正确;
C.为增大CO2的溶解度,提高产品(纯碱)的质量,侯氏制碱法的原理是将CO2通入含有NH3的饱和食盐水中制得NaHCO3,过滤后灼烧制得Na2CO3,C不正确;
D.工业接触法制备硫酸分三步进行,分别为FeS2高温氧化得SO2、SO2催化氧化得SO3、SO3用水吸收(实际上用98.3%浓硫酸吸收)制得H2SO4,D正确;
故选C。
3. 南海是一个巨大的资源宝库,海水开发利用的部分过程如图所示,下列说法错误的是
A. 物质X可以选用CaO
B. 操作1中玻璃棒的作用是引流
C. 第①步中,蒸发结晶、高温烘干可以得到干燥的MgCl2·6H2O固体
D. 第②步反应的离子方程式为:Br2+SO2+2H2O=SO+2Br-+4H+
【答案】C
【解析】
【分析】苦卤中加石灰乳沉淀Mg2+生成氢氧化镁,①中在HCl气流中蒸发得到无水氯化镁,滤液含NaBr,NaBr与氯气反应生成溴,②中溴与二氧化硫发生氧化还原反应,吸收液成分为硫酸和HBr;
【详解】A.苦卤中加OH-沉淀Mg2+生成氢氧化镁,物质X常选用CaO,氧化钙和水反应生成石灰乳便宜易得,且氢氧化镁比氢氧化钙更难溶,工业生产中常选用石灰乳作为Mg2+的沉淀剂,故A正确;
B.操作l是过滤,其中玻璃棒的作用是引流,故B正确;
C.因加热促进镁离子水解,且生成盐酸易挥发,因此第①步是将MgCl26H2O晶体在HC1气流中加热脱去结晶水得无水MgCl2,故C错误;
D.第②步SO2作还原剂,SO2 与Br2发生氧化还原反应生成HBr和H2SO4,反应的离子方程式为:Br2+SO2+2H2O=SO+2Br-+4H+,故D正确;
故答案为C
4. NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A. 标准状况下,22.4LCHCl3所含的分子数为NA
B. 1ml碘蒸气和1ml氢气在密闭容器中充分反应,生成的碘化氢分子数小于2NA
C. 0.1ml·L-1FeCl3溶液中含有的Fe3+数目一定小于0.1NA
D. 5.6g铁完全发生吸氧腐蚀生成铁锈Fe2O3·xH2O,在电化学过程中转移的电子数为0.3NA
【答案】B
【解析】
【详解】A.标准状况下CHCl3不是气体,不能通过气体摩尔体积计算其物质的量,故A错误;
B.碘单质与氢气的反应为可逆反应,1ml碘蒸气和1ml氢气不能完全反应,生成的碘化氢分子数小于2NA,故B正确;
C.溶液体积未知,不能确定Fe3+数目,故C错误;
D.5.6g铁为0.1ml,电化学过程中发生反应:Fe-2e-=Fe2+,0.1mlFe转移0.2 NA电子,故D错误;
故选:B。
5. 用下列实验装置能达到相关实验目的的是
A. AB. BC. CD. D
【答案】D
【解析】
【详解】A.胶体能够透过滤纸,故除去Fe(OH)3胶体中混有的NaCl溶液不能进行过滤操作,而应该采用渗析法,A错误;
B.容量瓶不能作为溶解、稀释和反应、长期贮存溶液的仪器,B错误;
C.氯气与FeSO4反应生成氯离子,引入了新的杂质,C错误;
D.先闭合K1形成电解池,电解硫酸钠溶液时阳极生成氧气,阴极生成氢气,然后打开K1闭合K2,可形成氢气、氧气的燃料电池,故D正确;
故选:D。
6. 物质的类别和核心元素的化合价是研究物质性质的两个重要维度。如图为硫及其部分化合物的价态-类别图。下列说法不正确的是
A. a和c可以反应生成bB. 附着有b的试管,可以用清洗
C. c具有氧化性,可漂白纸浆D. f的浓溶液和Cu在加热条件下反应时体现了其氧化性和酸性
【答案】C
【解析】
【分析】由图可知,a为硫化氢、b为硫、c为二氧化硫、d为三氧化硫、e为亚硫酸、f为硫酸、g为亚硫酸盐、h为硫酸盐。
【详解】A.硫化氢气体能与二氧化硫气体反应生成硫和水,故A正确;
B.硫不溶于水,易溶于二硫化碳,则附着有硫的试管,可用二硫化碳清洗除去硫,故B正确;
C.二氧化硫具有漂白性,可用于漂白纸浆,故C错误;
D.铜与浓硫酸共热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水,反应中浓硫酸表现强氧化性和酸性,故D正确;
故选C。
7. 下列实验操作正确的是
A. 酸式滴定管的查漏方法:将旋塞关闭,滴定管注入一定量的蒸馏水,把它固定滴定管夹上,放置两分钟,观察滴定管口及旋塞两端是否有水渗出,若均不漏水才可使用
B. 配制FeSO4溶液,应加入铁粉防止Fe2+氧化,并加入盐酸抑制Fe2+的水解
C. 重结晶法提纯苯甲酸,将1.0g粗苯甲酸放入100ml的烧杯,加入50ml蒸馏水。加热、搅拌,使苯甲酸充分溶解;冷却后过滤得到晶体,蒸馏水洗涤后晾干,得到高纯度苯甲酸晶体
D. 在接近滴定终点时,使用“半滴操作”的正确方法是:将旋塞稍稍转动,使半滴溶液悬于管口,用锥形瓶内壁将半滴溶液粘落,再用洗瓶以少量蒸馏水吹洗锥形瓶内壁,继续摇动锥形瓶,观察颜色变化
【答案】D
【解析】
【详解】A.酸式滴定管的查漏方法为:将旋塞关闭,滴定管里注入一定量的水,把它固定在滴定管夹上,再将旋塞旋转180°,观察滴定管口及旋塞两端是否有水渗出,旋塞不渗水才可使用,故A错误;
B.配制FeSO4溶液,应加入铁粉防止Fe2+氧化,并加入硫酸抑制Fe2+的水解,故B错误;
C.重结晶法提纯苯甲酸的方法为:将1.0g粗苯甲酸放入100ml的烧杯,加入50ml蒸馏水。加热、搅拌,使苯甲酸充分溶解,将溶液过滤到另外一个100mL的烧杯中,将滤液静置,使其缓慢冷却结晶,待滤液完全冷却后滤出晶体,并用少量蒸馏水洗涤,将晶体铺在干燥的滤纸上晾干,故C错误;
D.“半滴操作”的正确方法是:将旋塞稍稍转动,使半滴溶液悬于管口,用锥形瓶内壁将半滴溶液粘落,再用洗瓶以少量蒸馏水吹洗锥形瓶内壁,继续摇动锥形瓶,观察颜色变化,故D正确;
故选D。
8. 周期表中ⅥA族元素及其化合物应用广泛。H2S是一种易燃的有毒气体(摩尔燃烧焓为562.2kJ·ml-1),可制取各种硫化物。硫酰氯(SO2Cl2)是重要的化工试剂,常作氯化剂或氯磺化剂。工业上以精炼铜的阳极泥(含CuSe)为原料回收Se,以电解强碱性Na2TeO3溶液制备Te.下列化学反应表示正确的是
A. H2S燃烧的热化学方程式:2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1124.4kJ‧ml-1
B. CuSe和浓硫酸反应:CuSe+H2SO4=CuSO4+H2Se↑
C. 电解强碱性Na2TeO3溶液的阴极反应:+4e-+6H+=Te+3H2O
D. SO2Cl2遇水强烈水解生成两种酸:SO2Cl2+2H2O=4H+++2Cl-
【答案】A
【解析】
【详解】A.H2S的摩尔燃烧焓为562.2kJ·ml-1,则2ml H2S(g)完全燃烧放热1124.4kJ,热化学方程式为:2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1124.4kJ‧ml-1,A正确;
B.H2Se与H2S类似,具有较强的还原性,能被浓硫酸氧化为SeO2,则CuSe和浓硫酸反应方程式为:CuSe+2H2SO4(浓)=CuSO4+SeO2+2H2O,B不正确;
C.电解强碱性Na2TeO3溶液,电极反应式中不应出现H+,阴极反应式为:+4e-+3H2O=Te+ 6OH-,C不正确;
D.SO2Cl2中S显+6价,遇水强烈水解生成H2SO4和HCl,离子方程式为:SO2Cl2+2H2O=4H+++2Cl-,D不正确;
故选A。
9. 用电解法对酸性含氯氨氮废水进行无害化处理的过程如图所示。下列说法正确的是
A. DSA电极与外接电源的负极连接
B. 发生的电极反应为:
C. 降解过程中应该控制条件避免发生反应②
D. 1ml HO·和足量反应,转移的电子数为
【答案】C
【解析】
【详解】A.NH3在DSA电极转化为N2,氮元素从-3价升高为0价,被氧化,该电极是电解池的阳极,与外接电源的正极相连,故A错误;
B.由图示知,Cl-在DSA电极表面转化为Cl2电极反应式为:2 Cl--2e-=Cl2↑,故B错误;
C.反应②中NH3转化为,没有达到氨氮废水无害化处理的目的,所以,降解过程中应该控制条件避免发生反应②,故C正确;
D.羟基自由基中氧元素为-1价,其还原产物中氧元素为-2价,一个HO·可得到一个电子,1ml HO·完全反应时转移的电子数为6.02×1023,故D错误;
故选C。
10. 在恒温恒容的密闭容器中发生:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH<0,T℃时,平衡常数为K,下列说法正确的是
A. 该反应在任何温度下都可自发进行
B. T℃时,若
D. 若容器内气体压强保持不变,该可逆反应达到化学平衡状态
【答案】D
【解析】
【详解】A.根据反应方程式可知,该反应为熵减,即ΔS<0,依据ΔG=ΔH-TΔS,该反应在低温下能自发进行,故A错误;
B.若<K,该反应向正反应方向进行,即v正>v逆,故B错误;
C.选择高效催化剂只提高活化分子百分数,对化学平衡移动无影响,即不能提高尿素的产率,故C错误;
D.尿素为固体,该反应为气体物质的量减少的反应,相同条件下,气体压强与气体物质的量成正比,因此该反应当混合气体压强不再改变时,说明反应达到平衡,故D正确;
答案为D。
二、选择题:本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分。
11. 氧化还原电对的标准电极电势()可用来比较相应氧化剂的氧化性强弱,相关数据(酸性条件)如下。
下列分析错误的是
A. 氧化性:
B. 向溶液滴加溶液,反应的离子方程式为
C. 向淀粉KI溶液中滴加溶液,溶液变蓝色
D. 向含有KSCN的溶液中滴加少量氯水,溶液变红色
【答案】B
【解析】
【详解】A.标准电极电势越大,对应氧化剂的氧化性越强,氧化性:;故A正确;
B.的氧化性低于,所以不能通过氧化得到;所以不会发生反应,故B错误;
C.的氧化性高于,向淀粉KI溶液中滴加溶液,得到,溶液变蓝色;故C正确;
D.氧化性大小为,所以氯水氧化,溶液变红,故D正确;
故答案选B。
12. 炼油、石化等工业会产生含硫(价)废水,可通过催化氧化法进行处理,碱性条件下,催化氧化废水的机理如图所示。其中为催化剂,附着在催化剂载体聚苯胺的表面。下列说法错误的是
A. 催化氧化过程中既有共价键的断裂又有离子键的断裂
B. 转化I中化合价发生变化的元素仅有和
C. 催化氧化过程的总反应为:
D. 催化剂使用一段时间后催化效率会下降,原因是生成的覆盖在催化剂表面或进入催化剂内空位处
【答案】B
【解析】
【详解】A.二氧化锰为离子化合物,由图可知,转化I中二氧化锰氧脱离生成空位,为离子键的断裂;水生成OH-存在共价键的断裂;故A正确;
B.转化I中锰形成的化学键数目发生改变,故化合价发生变化的元素有和、Mn,故B错误;
C.由图可知,催化氧化过程的总反应为氧气、水、硫离子在催化作用下生成氢氧根离子和硫单质:,故C正确;
D.反应中生成硫单质,生成的覆盖在催化剂表面或进入催化剂内空位处,阻碍了反应的进行,导致催化剂使用一段时间后催化效率会下降,故D正确;
故选B。
13. 一种由湿法炼铜的低铜萃取余液(含C2+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、H+、)回收金属的工艺流程如下:
室温下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:
下列说法正确的是
A. “滤渣I”为
B. “调pH”时,选用CaO浆液代替CaO固体可加快反应速率
C. 生成的离子方程式为
D. “沉钴”时,用代替可以提高的纯度
【答案】BC
【解析】
【分析】由题干工艺流程图信息可知,向低铜萃取余液中加入CaO浆液调节pH值到4.0~5.0,则产生CaSO4和Fe(OH)3沉淀,过滤得滤渣I成分为CaSO4和Fe(OH)3,滤液中含有C2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+等离子,向滤液中通入空气将Fe2+氧化为Fe3+,进而转化为Fe(OH)3沉淀,将Mn2+氧化为MnO2,过滤得滤液(主要含有C2+和Cu2+),向其中加入CaO浆液,调节pH到5.5~7.8,将Cu2+转化为Cu(OH)2,即滤渣Ⅱ为Cu(OH)2,过滤得滤液,向其中加入NaHCO3进行沉钴,反应原理为:C2++2=CCO3↓+H2O+CO2↑,据此分析解题。
【详解】A.由分析可知,“滤渣I”为Fe(OH)3和CaSO4,A错误;
B.“调pH”时,选用CaO浆液代替CaO固体,可以增大反应物之间的接触面积,可加快反应速率,B正确;
C.由题干工艺流程图可知,氧化步骤中溶液显酸性,结合氧化还原反应配平可得,生成MnO2的离子方程式为,C正确;
D.由于碳酸钠溶液的碱性比碳酸氢钠的强得多,“沉钴”时,不能用Na2CO3代替NaHCO3,否则将生成C(OH)2等杂质,D错误;
故答案为:BC。
14. 为探究FeCl3的性质,进行了如下实验(FeCl3和Na2SO3溶液浓度均为0.1ml·L−1)。
分析上述实验现象,所得结论不合理的是
A. 实验①说明加热促进Fe3+水解反应
B. 实验②说明Fe3+ 既发生了水解反应,又发生了还原反应
C. 实验③说明Fe3+ 发生了水解反应,但没有发生还原反应
D. 实验①-③说明SO对Fe3+ 的水解反应无影响,但对还原反应有影响
【答案】D
【解析】
【详解】A.根据实验①现象可知,加热FeCl3溶液,Fe3+水解生成氢氧化铁的胶体,说明加热促进Fe3+水解反应,A正确;
B.实验②过量FeCl3溶液中滴加少量Na2SO3溶液,溶液变红褐色,说明Fe3+水解生成氢氧化铁胶体;再滴加溶液产生蓝色沉淀,说明Fe3+与发生氧化还原反应生成Fe2+,整个过程说明Fe3+ 既发生了水解反应,又发生了还原反应,B正确;
C.实验③过量Na2SO3溶液中滴加少量FeCl3溶液,溶液变红褐色说明Fe3+水解生成氢氧化铁胶体;一份滴加溶液,无蓝色沉淀生成,说明Fe3+与没有发生氧化还原反应生成Fe2+;另一份煮沸产生红褐色沉淀,说明发生了胶体的聚沉;整个过程说明Fe3+ 发生了水解反应,但没有发生还原反应,C正确;
D.由BC分析可知,Fe3+均水解生成氢氧化铁胶体,说明对Fe3+的水解反应有促进作用,少量对Fe3+的还原反应有影响,过量对Fe3+的还原反应无影响,D错误;
故选D。
15. 利用平衡移动原理,分析一定温度下Mg2+在不同pH的Na2CO3体系中的可能产物。
已知:ⅰ、图1中曲线表示Na2CO3体系中各含碳粒子的物质的量分数与pH的关系。
ⅱ、图2中曲线Ⅰ的离子浓度关系符合c(Mg2+)·c2(OH-)=Ksp[Mg(OH)2];曲线Ⅱ的离子浓度关系符合c(Mg2+)·c()=Ksp(MgCO3);
[注:起始c(Na2CO3)=0.1ml·L−1,不同pH下c()由图1得到]。
下列说法正确的是
A. 由图1,pH=10.25,c()=c()
B. 由图2,初始状态pH=11、lg[c(Mg2+)]=-6,有沉淀生成
C. 由图2,初始状态pH=9、lg[c(Mg2+)]=-2,平衡后溶液中存在:c(H2CO3)+c()+c()=0.1ml·L−1
D. 由图1和图2,初始状态pH=8、lg[c(Mg2+)]=-1,发生反应:Mg2++2=MgCO3↓+CO2↑+H2O
【答案】AD
【解析】
【详解】A.水溶液中的离子平衡 从图1可以看出时pH=10.25时,碳酸氢根离子与碳酸根离子浓度相同,A项正确;
B.从图2可以看出pH=11、lg[c(Mg2+)]=-6时,该点位于曲线Ⅰ和曲线Ⅱ的下方,不会产生碳酸镁沉淀或氢氧化镁沉淀,B项错误;
C.从图2可以看出pH=9、lg[c(Mg2+)]=-2时,该点位于曲线Ⅱ的上方,会生成碳酸镁沉淀,根据物料守恒,溶液中c(H2CO3)+c()+c()<0.1ml·L−1,C项错误;
D.pH=8时,溶液中主要含碳微粒是,pH=8,lg[c(Mg2+)]=-1时,该点位于曲线Ⅱ的上方,会生成碳酸镁沉淀,因此反应的离子方程式为Mg2++2=MgCO3↓+CO2↑+H2O,D项正确;
故选:AD。
三、非选择题:本题共5小题,共60分。
16. 根据所学知识,回答下列问题:
(1)K2FeO4是常见的水处理剂,净水原理如图1所示。请回答下列问题:
①高铁酸钾(K2FeO4)中铁元素的化合价为_____;
②过程a中K2FeO4体现_____(填“氧化”或“还原”)性,反应过程中转移5.418×1022个电子,需要_____mlK2FeO4.
(2)碱性条件下用Fe(OH)3和KClO反应制备K2FeO4.配平其反应的化学方程式:_____。
Fe(OH)3+KOH+KClO——K2FeO4+KCl+H2O
(3)干法制备高铁酸钠的主要反应为:2FeSO4+6Na2O2=2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑,该反应中的还原剂是_____,生产1ml的高铁酸钠,需要消耗氧化剂的物质的量是_____。
(4)高铁酸钾(K2FeO4)是新型多功能水处理剂,其生产工艺如图2所示:
已知:
ⅰ、Cl2与NaOH溶液反应的产物与反应温度有关,温度较低时产物为NaCl、NaClO和H2O;温度较高时产物为NaCl、NaClO3和H2O。
ⅱ、同一条件下,溶液的碱性越强,高铁酸盐的稳定性越高。回答下列问题:
步骤③发生的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比n(氧化剂)∶n(还原剂)=_____。对“湿产品”进行“洗涤、干燥”时,洗涤剂最好选用_____(填序号)溶液和异丙醇。
A.Fe(NO3)3溶液 B.NH4Cl溶液 C.CH3COOK溶液 D.蒸馏水
(5)从环境保护的角度看,制备K2FeO4较好的方法为电解法。维持一定的电流强度和电解温度,KOH起始浓度对K2FeO4浓度的影响如图3(电解液体积相同的情况下进行的实验)。适宜的电解时间应选用_____h;当KOH起始浓度为14ml·L-1时,1.0~1.5h内生成K2FeO4的速率是_____ml·L-1·h-1。
【答案】(1) ①. +6 ②. 氧化 ③. 0.03
(2)2Fe(OH)3+4KOH+3KClO=2K2FeO4+3KCl+5H2O
(3) ①. Na2O2、FeSO4 ②. 2.5ml
(4) ①. 3∶2 ②. C
(5) ①. 2.0 ②. 3.2
【解析】
【分析】高铁酸钾具有氧化性,可以用于杀菌消毒,其还原产物为,水解可得胶体,可用于净水;
过量氯气和氢氧化钠反应生成氧化性物质次氯酸钠,加入氢氧化钠使得溶液呈碱性,除去氯化钠后加入硝酸铁溶液,发生氧化还原反应生成高铁酸钠,加入饱和氢氧化钾溶液析出高铁酸钾晶体;
【小问1详解】
①高铁酸中K元素+1价,O元素-2价,化合价代数和为0,可以算得Fe元素化合价为+6价;
②过程a中Fe由+6转变为+3价,化合价降低,体现氧化性,1mlFe原子得到3ml电子,所以需要;
【小问2详解】
失,得,根据电子得失守恒,原子守恒,方程式为:;
【小问3详解】
该反应中中O元素化合价-1价降低到氧化钠和硫酸钠中O元素-2价,化合价降低,中O元素由-1价升高到氧气中氧元素0价,化合价升高,所以既作氧化剂又作还原剂 中Fe元素化合价升高,为还原剂,还原剂为和;
由方程式可知,产物1ml高铁酸钠,转移,需要消耗氧化剂为2.5ml;
【小问4详解】
步骤③发生反应离子方程式为:,是还原剂,是氧化剂,所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为3:2;
根据已知条件可知,洗涤剂不能选用水解呈酸性的硝酸铁溶液和氯化铵溶液,应选用水解呈碱性的溶液,答案选C;
【小问5详解】
由图可知,2h高铁酸钾的浓度较大,则适宜的电解时间应选用2h;
当KOH起始浓度为14ml/L时,1~1.5h内高铁酸钾的浓度变化量是12ml/L-10.4ml/L=1.6ml/L,1.0~1.5h内生成高铁酸钾的速率为。
17. C3O4在磁性材料、电化学领域应用广泛。以钴矿[主要成分是CO、C2O3、C(OH)3,还含SiO2及少量Al2O3、Fe2O3、CuO及MnO2等]为原料可制取C3O4。主要步骤如下:
(1)浸取:用盐酸和Na2SO3溶液浸取钴矿,浸取液中含有Al3+、Fe2+、C2+、Cu2+、Mn2+、Cl-、SO等离子。写出C2O3发生反应的离子方程式:____。
(2)除杂:向浸取液中先加入足量NaClO3氧化Fe2+,再加入NaOH调节pH除去Al3+、Fe3+、Cu2+。有关沉淀数据如表(“完全沉淀”时金属离子浓度≤1×10-5ml·L-1):
若浸取液中c(C2+)=0.1ml·L-1,则须调节溶液pH的范围是____(加入NaClO3和NaOH时,溶液的体积变化忽略)。
(3)萃取、反萃取:向除杂后的溶液中,加入某有机酸萃取剂(HA)2,发生反应:C2++n(HA)2CA2•(n-1)(HA)2+2H+。实验测得:当溶液pH处于4.5~6.5范围内,C2+萃取率随溶液pH的增大而增大(如图1所示),其原因是____。向萃取所得有机相中加入H2SO4,反萃取得到水相。该工艺中设计萃取、反萃取的目的是____。
(4)沉钴、热分解:向反萃取后得到的水相中加入NH4HCO3溶液,过滤、洗涤、干燥,得到CCO3固体,加热CCO3制备C3O4。1ml CCO3在空气中加热,反应温度对反应产物的影响如图2所示,请写出500~1000℃时,发生主要反应的化学方程式___。
【答案】(1)C2O3+SO+4H+=2C2++SO+2H2O
(2)6.7~7.4 (3) ①. pH越大,溶液中c(H+)越小,有利于C2++n(HA)2CA2•(n-1)(HA)2+2H+反应正向进行C2+萃取率越高 ②. 分离C2+和Mn2+
(4)2C3O46CO+O2↑
【解析】
【小问1详解】
Na2SO3具有还原性,能与+3价的钴离子发生氧化还原反应生成C2+和,则发生反应的离子方程式:。
【小问2详解】
根据表中数据,使Al3+、Fe3+、Cu2+完全生成沉淀,pH大于或等于6.7,且不能使C2+生成沉淀;根据表中数据可知,C2+恰好沉淀完全的pH为9.4,则此时溶液中c(OH-)=110-4.6ml∙L-1,Ksp[C(OH)2]=c2(OH-)∙c(C2+)=(110-4.6ml∙L-1)2110-5ml∙L-1=110-14.2;由于浸取液中c(C2+)=0.1ml∙L-1,则C2+开始沉淀时c(OH-)=ml∙L-1,此时pH=7.4,故要防止C2+开始沉淀,pH应小于7.4,故须调节溶液pH的范围是6.7~7.4。
【小问3详解】
①向除杂后的溶液中,加入某有机酸萃取剂(HA)2,发生反应:;则当溶液pH处于4.5~6.5范围内,萃取率随溶液pH的增大而增大的原因是:pH越大,溶液中越小,有利于反应正向进行,萃取率越高;
②经萃取与反萃取可得到纯度、浓度较高的CSO4,则该工艺中设计萃取、反萃取的目的是:分离和。
【小问4详解】
由图知,500~1000℃时发生分解生成CO,则C元素化合价从平均+价降低到+2价、必有部分O元素化合价从-2升高到0价得到氧气,则按得失电子数守恒、元素质量守恒得:500~1000℃时发生主要反应的化学方程式:。
18. 实验室以活性炭为催化剂,由CCl2制备三氯化六氨合钴(Ⅲ){[C(NH3)6]Cl3}的装置如图所示:
已知:Ksp[C(OH)2]=6×10-15;[C(NH3)6]2+具有较强还原性,C2+不易被氧化。
回答下列问题:
(1)仪器c的名称是_____;d中无水CaCl2的作用是_____。
(2)向混合液中先加入浓氨水,目的是_____,混合液中NH4Cl的作用是_____;充分反应后再加入双氧水,水浴加热,控制温度为55℃的原因是_____。
(3)CCl2制备[C(NH3)6]Cl3的化学方程式为_____;将反应后的混合物趁热过滤,待滤液冷却后加入适量浓盐酸,冰水冷却、抽滤、乙醇洗涤、干燥,得到[C(NH3)6]Cl3晶体。抽滤采用如图装置。抽滤完毕,接下来的操作为_____(填选项字母)。抽滤的优点是_____。
A.先关闭水龙头,后拔掉橡胶管
B.先拔掉橡胶管,后关闭水龙头
(4)为测定产品中钴的含量,进行下列实验:
Ⅰ.称取3.5400g产品,加入足量NaOH溶液蒸出NH3,再加入稀硫酸,使[C(NH3)6]Cl3全部转化为C3+,然后将溶液配制成250mL,取25.00mL于锥形瓶中,加入过量的KI溶液,用0.1000ml·L-1Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液13.30mL。(已知反应2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI)
Ⅱ.另取与步骤Ⅰ中等量的KI溶液于锥形瓶中,用上述标准溶液进行滴定,消耗Na2S2O3标准溶液1.30mL。
①样品中钴元素的质量分数为_____;
②若步骤Ⅱ滴定前滴定管内无气泡,滴定后有气泡,会使测定结果_____(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【答案】(1) ①. 三颈烧瓶 ②. 吸收挥发出的氨气
(2) ①. 将C2+转化为易被氧化的[C(NH3)6]2+ ②. 抑制NH3·H2O电离,防止生成C(OH)2沉淀 ③. 温度过低,反应速率慢;温度过高,双氧水受热易分解
(3) ①. 2CCl2+10NH3·H2O+H2O2+2NH4Cl2[C(NH3)6]Cl3+12H2O ②. B ③. 加快过滤速率
(4) ①. 20% ②. 偏大
【解析】
【分析】由题意可知,由氯化亚钴制备三氯化六氨合钴(Ⅲ)的过程,先向氯化亚钴和氯化铵的混合溶液中加入氨水,将溶液中的亚钴离子转化为易被氧化的[C(NH3)6]2+,再向充分反应后的溶液中加入双氧水溶液,在活性炭作催化剂、水浴加热条件下,过氧化氢将[C(NH3)6]2+氧化为[C(NH3)6]3+。
【小问1详解】
仪器c的名称是三颈烧瓶;给三颈烧瓶加热,浓氨水易分解并挥发出氨气,造成大气污染,则d中无水CaCl2的作用是:吸收挥发出的氨气。
【小问2详解】
因为[C(NH3)6]2+具有较强还原性,C2+不易被氧化,所以向混合液中先加入浓氨水,目的是:将C2+转化为易被氧化的[C(NH3)6]2+;Ksp[C(OH)2]=6×10-15,为防止生成C(OH)2沉淀,应控制溶液的碱性,则混合液中NH4Cl的作用是:抑制NH3·H2O电离,防止生成C(OH)2沉淀;充分反应后再加入双氧水,双氧水的热稳定性较差,水浴加热时,需控制温度为55℃,原因是:温度过低,反应速率慢;温度过高,双氧水受热易分解。
【小问3详解】
CCl2制备[C(NH3)6]Cl3时,加入双氧水、氨水和氯化铵,化学方程式为2CCl2+10NH3·H2O+H2O2+2NH4Cl2[C(NH3)6]Cl3+12H2O;抽滤完毕,为防止自来水进入吸滤瓶内,接下来的操作为先拔掉橡胶管,后关闭水龙头,故选B。抽滤时,产生负压力,有利于液体与固体的分离,优点是:加快过滤速率。
【小问4详解】
①由步骤Ⅱ可知,KI溶液中混入少量I2;步骤Ⅰ中,发生反应2C3+——I2——2Na2S2O3,
样品中钴元素的质量分数为=20%;
②若步骤Ⅱ滴定前滴定管内无气泡,滴定后有气泡,则读出的原KI溶液中混有的I2消耗的Na2S2O3体积偏小,C3+氧化生成的I2消耗的Na2S2O3偏大,会使测定结果偏大。
【点睛】步骤Ⅰ中KI溶液消耗Na2S2O3标准溶液,表明此KI溶液中混有I2。
19. 和都是有毒气体,但新的研究表明,它们都是生命体系气体信号分子,在人体内具有重要的生理作用,是高中阶段常见的气体。
回答下列问题:
(1)反应是联合硝酸工业减少污染物排放的重要反应。该反应分为三步完成(都是双分子反应,即反应物都只有两种分子),前两步反应如下:
第1步:
第2步:
①写出第3步反应热化学方程式:_______。
②基元反应,正反应速率。
的正反应速率,总反应速率
,α是平衡转化率,α′是瞬时转化率,k、k1、k2均为速率常数,受温度影响,温度升高,速率常数增大。
I.复杂反应分为多步进行时,决定反应速率的是最_______(填“快”或“慢”的一步,3步基元反应中,活化能最高的一步是第_______步。
II.温度升高,α_______(填“变大”、“变小”或“不变”),在α′=0.90时,一系列温度下的总反应速率—时间()曲线如图所示,分析图中曲线先升后降的原因:_______。
(2)用冶炼的过程涉及如下反应:
反应I:
反应II:
①将和放入恒容密闭容器中,下列事实能说明反应I和II均已达到平衡状态的是_______(填选项字母)。
A.容器内气体的密度不再发生变化 B.的生成速率等于消耗速率。
C.容器内气体总压强不再发生变化 D.容器内和的物质的量相等
②在一个体积可变的容器中,维持温度不变(此时反应I的分压平衡常数)。压缩容器体积,达到新平衡时,的分压_______(填“变大”、“变小”或“不变”)。用压力传感器测得平衡时容器内压强为,计算反应II的分压平衡常数(写出计算过程):_______。
【答案】(1) ①. ②. 慢 ③. 1 ④. 变小 ⑤. 温度升高,k2增大,α变小,低于490℃时。k2增大占主导,反应速率加快,高于490℃时,α变小占主导,反应速率减慢
(2) ①. ABC ②. 不变 ③. 根据及,可得分压,即
【解析】
【小问1详解】
①根据盖斯定律,第3步反应=总反应—第1步—第2步,方程式为;
②I.复杂反应决定反应速率的肯定是基元反应中的慢反应,根据可知,第1步是慢反应。活化能最高;
II.总反应放热,温度升高,平衡逆向移动,平衡转化率变小;温度升高,增大,变小,结合图象不难得出:低于时,增大占主导,反应速率加快,高于时,变小占主导,反应速率减慢;
【小问2详解】
①反应I和反应I相互干扰,只能同时达到平衡状态,如果没有达到平衡状态,容器内和的量都会发生变化。气体的密度和总压会随之变化,所以A、C均可以作为达到平衡状态的标志;B中说明的物质的量不再发生变化,也能作为达到平衡状态的标志;而和的物质的量相等,无法判断接下来是否仍相等,不能作为达到平衡状态的标志;
②平衡常数,因为温度不变,也不会变化,所以平衡时的分压也不变。根据及,可得分压,即。
20. 为检验溶液中是否含有Cl⁻,某同学向溶液中先加HNO3,再加AgNO3,若有白色沉淀生成,则证明有Cl⁻。对此结论,有人提出了质疑:溶液中可能有SO,并设计了如下探究性实验。
实验一:向Na2SO4溶液中滴加AgNO3溶液
(1)实验一中产生沉淀的离子方程式为_______。
(2)已知:25℃时,Ksp(Ag2SO4)=实验一中编号④无明显变化,若要产生浑浊,溶液中c(SO)理论上至少需达到_______ml·L-1。若向1mL某浓度的NaCl与Na2SO4的混合溶液中加入3滴溶液,分析上面数据,下列说法正确的是_______(填标号)。
A.混合液中时不会产生Ag2SO4沉淀
B.混合液中时不会产生Ag2SO4沉淀
C.无论SO浓度大小,都会产生Ag2SO4沉淀
D.若使用溶液,可基本排除SO对Cl⁻检验构成的干扰
将实验一编号③中的理论计算结果与现象对照,发现理论上大部分Ag+应该形成沉淀,这与“有些许浑浊”的现象相矛盾。为探究真相,在实验一的基础上继续设计了以下实验。
实验二:
(3)对于Ag2SO4溶于硝酸的原因提出了如下假设,请完成假设二。
假设一:NO对Ag2SO4溶解起作用。
假设二:_______。
(4)选择合适的试剂并设计实验方案,分别验证假设一和假设二是否成立。请补充完整实验操作和现象。
(5)通过(4)的实验,请用平衡理论解释Ag2SO4溶解的原因:_______。(已知:H2SO4=H++HSO、HSO=H++SO)
【答案】(1)
(2) ①. 12 ②. BD
(3)H+对 Ag2SO4溶解起作用
(4) ①. 固体不溶解 ②. 3溶液,振荡 ③. 沉淀溶解
(5)滴加稀硝酸后,H⁺与 SO结合生成 HS, SO浓度降低, Ag2SO4沉淀溶解平衡 正向移动,Ag2SO4不断溶解
【解析】
【小问1详解】
Na2SO4与AgNO3反应生成硫酸银沉淀和硝酸钠,反应离子方程式为:;
【小问2详解】
④中硝酸银浓度为0.001ml/L, Ksp(Ag2SO4)=若要产生浑浊,则溶液中c(SO)理论上至少需达到=12 ml/L;
A.根据实验③可知,时,产生沉淀,因此混合液中时会产生Ag2SO4沉淀,故A错误;
B.由A中分析可知,混合液中时不会产生Ag2SO4沉淀,故B正确;
C.根据AB项分析可知,SO浓度达到一定浓度时,才会产生Ag2SO4沉淀,故C错误;
D.根据实验数据可知,若使用溶液,实验无明显变化,可基本排除SO对Cl⁻检验构成的干扰,故D正确;
【小问3详解】
硝酸能电离出氢离子和硝酸根离子,结合题意可知假设二为:H+对 Ag2SO4溶解起作用;
【小问4详解】
假设一:NO对Ag2SO4溶解起作用,硝酸钠中含有硝酸根,因此若③固体溶解,证明假设一成立,固体不溶解,则假设一不成立;另一份溶液用于验证假设二,假设二为H+对 Ag2SO4溶解起作用,则实验④的操作为向一份加入3溶液,振荡,若硫酸银沉淀溶解,证明假设二成立;
【小问5详解】
根据实验(4)可知,Ag2SO4溶解的原因为:滴加稀硝酸后,H⁺与 SO结合生成 HS, SO浓度降低, Ag2SO4沉淀溶解平衡 正向移动,Ag2SO4不断溶解。A
B
C
D
实验装置
实验目的
除去Fe(OH)3胶体中的NaCl溶液
配制0.1ml·L-1NaCl溶液
除去Fe2(SO4)3溶液中的FeSO4
制作简单的燃料电池
氧化还原电对(氧化剂/还原剂)
电极反应式
/V
0.77
0.54
1.36
1.07
1.84
金属离子
开始沉淀时的pH
7.8
5.5
5.8
1.8
8.3
完全沉淀时的pH
9.4
6.7
8.8
2.9
10.9
实验
操作与现象
①
②
③
沉淀
Al(OH)3
Fe(OH)3
C(OH)2
Cu(OH)2
Mn(OH)2
恰好完全沉淀时的pH
5.2
2.8
9.4
6.7
10.1
编号
Na2SO4溶液
AgNO3溶液
混合后Ag+浓度/(ml·L-1)
现象
体积/mL
浓度/(ml·L-1)
体积/滴
浓度/(ml·L-1)
①
1
1
3
2
0.2
出现大量白色沉淀
②
1
1
3
0.5
0.05
出现少量白色沉淀
③
1
1
3
0.1
0.01
有些许浑浊
④
1
1
3
0.01
0.001
无明显变化
编号
AgNO3溶液浓度/(ml·L-1)
现象
滴加硝酸后的现象
①
2
出现大量白色沉淀
滴加稀硝酸,沉淀大量溶解;改加浓硝酸,沉淀较快消失
②
05
出现少量白色沉淀
滴加稀硝酸,沉淀基本消失
步骤
操作
现象
结论
步骤①
取少量Ag2SO4于试管中,加入2mL水,振荡
固体不溶解
步骤②
将①的浊液分成两等份
步骤③
向其中一份加入1mL0.1ml·L-1NaNO3溶液,振荡
_______
假设一不成立
步骤④
向另一份加入_______
_______
假设二成立
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