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某化学小组在实验室模拟用软锰矿(主要成分MnO2,杂质为铁及铜的化合物等)制备高...

某化学小组在实验室模拟用软锰矿(主要成分MnO2,杂质为铁及铜的化合物等)制备高纯碳酸锰,过程如下(部分操作和条件略):

① 缓慢向烧瓶中(见图)通入过量混合气进行“浸锰”操作,主要反应原理为:

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SO2+ H2O = H2SO3

MnO2+ H2SO3 = MnSO4+ H2O

(铁浸出后,过量的SO2 会将Fe3+还原为Fe2+

② 向“浸锰”结束后的烧瓶中加入一定量纯MnO2粉末。

③ 再用Na2CO3溶液调节pH为3.5左右,过滤。

④ 调节滤液pH为6.5~7.2 ,加入NH4HCO3 ,有浅红色的沉淀生成,过滤、洗涤、干燥,得到高纯碳酸锰。

回答:

(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6 的生成,温度对“浸锰”反应的影响如下图,为减少MnS2O6 的生成,“浸锰”的适宜温度是          

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(2)查阅表1,③中调pH为3.5时沉淀的主要成分是       。②中加入一定量纯MnO2粉末的主要作用是         ,相应反应的离子方程式为         

表1:生成相应氢氧化物的pH

物质

Fe(OH)3

Fe(OH)2

Mn(OH)2

Cu(OH)2

开始沉淀pH

2.7

7.6

8.3

4.7

完全沉淀pH

3.7

9.6

9.8

6.7

 

(3)③中所得的滤液中含有Cu2+,可添加过量的难溶电解质MnS除去Cu2+,经过滤,得到纯净的MnSO4。用平衡移动原理解释加入MnS的作用_________________。

(4)④中加入NH4HCO3 后发生反应的离子方程式是____________________。

(5)检验④中沉淀是否洗涤干净的方法是          

 

(12分) (1)150℃ (或150℃以上)(1分) (2) Fe(OH)3    (1分)       将Fe2+氧化为Fe3+ ,将过量的SO2氧化除去(2分)          MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O , MnO2+SO2 = Mn2+ + SO42-   (2分) (3)MnS(s)Mn2+(aq)+S2-(aq) 生成的CuS比MnS更难溶,促进MnS不断溶解,平衡右移,使Cu2+除去。(2分) (4)Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O   (2分) (5)取少量最后一次洗涤后的滤液放入试管中,滴加酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则沉淀洗涤干净;反之则未洗干净。(2分)(其他答案合理,给分) 【解析】 试题分析:(1)根据图1和图2,150℃以上时,副产物MnS2O6 的生成率 低,Mn2+ 的浸出率高,答案:150℃ (或150℃以上)(1分) (2)pH在2.7到3.5之间时沉淀主要成分是Fe(OH)3  ,答案:Fe(OH)3 1分) Fe2+ 在pH为7.6到9.6之间沉淀,而此时Mn2+ 也产生沉淀,无法分离,故要将Fe2+ 氧化成Fe3+ 以便在pH小于8.7时沉淀,与Mn2+ 分离,故答案:将Fe2+氧化为Fe3+ ,将过量的SO2氧化除去(2分) MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O , MnO2+SO2 = Mn2+ + SO42-   (2分) (3)Cu2+ +MnSMn2++CuS,沉淀的转化,由溶解度较大的MnS转化为溶解度较小的CuS,原理见答案。答案: MnS(s)Mn2+(aq)+S2-(aq) 生成的CuS比MnS更难溶,促进MnS不断溶解,平衡右移,使Cu2+除去。(2分) (4)④中加入NH4HCO3 后发生反应的产生MnCO3沉淀,离子方程式为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O ,答案:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O  (2分) (5)检验④中沉淀是否洗涤干净,就是检验洗涤液中有无SO42―,答案为:取少量最后一次洗涤后的滤液放入试管中,滴加酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则沉淀洗涤干净;反之则未洗干净。(2分)(其他答案合理,给分) 考点:应用化学反应原理解决化工生产中的实际问题
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考点分析:
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天然气(以甲烷计)在工业生产中用途广泛。

Ⅰ.在制备合成氨原料气H2 中的应用

(1)甲烷蒸汽转化法制H2的主要转化反应如下:

CH4(g) + H2O(g) 满分5 manfen5.com CO(g) + 3H2(g)    ΔH = +206.2 kJ/mol

CH4(g) + 2H2O(g) 满分5 manfen5.com CO2(g) +4H2(g)   ΔH = +165.0kJ/mol

上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒,必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2,同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应,该反应的热化学方程式是        

(2)CO变换反应的汽气比(水蒸气与原料气中CO物质的量之比)与CO平衡变换率

(已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比)的关系如下图所示:

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汽气比与CO平衡变换率的关系

析图可知:

① 相同温度时,CO平衡变换率与汽气比的关系是     

② 汽气比相同时,CO平衡变换率与温度的关系是     

(3)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度也可以表示平衡常数(记作Kp),则CO变换反应的平衡常数表示式为:Kp=         。随温度的降低,该平衡常数       (填“增大”“减小”或“不变”)。

Ⅱ.在熔融碳酸盐燃料电池中的应用

以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质,天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料电池示意图如下:

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(3)以此燃料电池为电源电解精炼铜,当电路有0.6 mol e 转移,有      g 精铜析出。

 

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某化学小组在学习元素周期律后,对教材中Fe2+氧化为Fe3+的实验进一步思考,并提出问题:Cl2能将Fe2+氧化为Fe3+,那么Br2和I2能否将Fe2+氧化为Fe3+

环节一:理论推测

部分同学认为Br2和I2都可能将Fe2+氧化为Fe3+,他们思考的依据是        

部分同学认为Br2和I2都不能将Fe2+氧化为Fe3+,还有同学认为Br2能将Fe2+氧化为Fe3+而I2不能。他们思考的依据是从上到下卤素单质氧化性减弱。

环节二:设计实验进行验证

在大试管中加适量铁粉,加入10 mL 稀盐酸,振荡试管,充分反应后,铁粉有剩余,取上层清液进行下列实验。

实验1:

试管

操作

现象

先向试管中加入2 mL FeCl2溶液,再滴加少量红棕色的溴水,振荡试管

溶液为黄色

先向试管中加入2 mL FeCl2溶液,再滴加少量棕黄色的碘水,振荡试管

溶液为黄色

 

环节三:实验现象的分析与解释

(1)同学甲认为①中现象说明溴水能将Fe2+氧化,离子方程式为       

同学乙认为应该补充实验,才能得出同学甲的结论。请你帮助同学乙完成实验:

实验2:

操作

应该观察到的现象

 

 

 

 

 

(2)该小组同学对②中溶液呈黄色的原因展开了讨论:

可能1:碘水与FeCl2溶液不反应,黄色是碘水稀释后的颜色。

可能2:             

实验3:进行实验以确定可能的原因。

操作

现象

向试管②所得溶液中继续加入0.5 mLCCl4,充分振荡,静置一段时间后。取出上层溶液,滴加KSCN 溶液

静置后,上层溶液几乎无色,下层溶液为紫色;上层溶液滴加KSCN 溶液后,出现浅红色

 

同学丙认为该实验现象可以说明是“可能2”成立,同学丁认为不严谨,于是设计了实验4:

实验4:

操作

现象

向另一支试管中加入2 mL FeCl2溶液,滴加0.5mL碘水后,再加入0.5mL 乙酸乙酯,充分振荡,静置一段时间后。取出下层溶液,滴加KSCN 溶液

静置后,上层液为紫色,下层液几乎无色;下层溶液滴加KSCN溶液后,没有出现浅红色

 

你认为实验4设计的主要目的是             

同学丁根据实验4现象得出结论:在本次实验条件下,碘水与FeCl2溶液反应的程度很小。

(3)Cl2、Br2、I2氧化Fe2+ 的能力逐渐减弱,用原子结构解释原因:        

 

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某化学小组进行Na2SO3 的性质实验探究。

(1)在白色点滴板的a、b、c三个凹槽中滴有Na2SO3 溶液,再分别滴加下图所示的试剂:

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实验现象如下表:

编号

实验现象

a

溴水褪色

b

产生淡黄色沉淀

c

滴入酚酞溶液变红,再加入BaCl2溶液后产生沉淀且红色褪去

 

根据实验现象进行分析:

① a中实验现象证明Na2SO3具有      性。

② b中发生反应的离子方程式是       

③ 应用化学平衡原理解释c中现象(用化学用语及简单文字表述)        

(2)在用NaOH 溶液吸收SO2 的过程中,往往得到Na2SO3和NaHSO3 的混合溶液,溶液pH 随n(SO32-):n(HSO3-) 变化关系如下表:

    n(SO3 2—): n(HSO3)

91:9

1:1

9:91

pH

8.2

7.2

6.2

 

① 当吸收液中n(SO32-):n(HSO3-) =10:1 时,溶液中离子浓度关系正确的是   (填字母)。

A.c(Na+) +c(H+) = 2c(SO32-) +c(HSO3-) + c(OH-)

B.c(Na+) > c(HSO3-) >  c(SO32-) > c(OH-)>c(H+)

C.c(Na+) > c(SO32-)  > c(HSO3-) > c(OH-)>c(H+)

② 若n(SO32-):n(HSO3-) = 3:2,则0.8 mol NaOH溶液吸收了标准状况下的SO2       L。

 

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某工厂采用电解法处理含铬废水,耐酸电解槽用铁板作阴、阳极,槽中盛放含铬废水,原理示意图如下,下列说法不正确的是

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A.A为电源正极

B.阳极区溶液中发生的氧化还原反应为:Cr2O72- +6Fe2+ +14H+ = 2Cr3+ +6Fe3+ + 7H2O

C.阴极区附近溶液pH降低

D.若不考虑气体的溶解,当收集到H2 13.44 L(标准状况)时,有0.1 mol Cr2O72-被还原

 

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下列根据实验及现象得出的结论不正确的是

                  实 验                                                                  现 象                                     结论

A       满分5 manfen5.com

液体X      试管(1)中紫色消失,试管(2)中紫色没有消失                             甲苯中苯环使甲基的活性增强

B       高考资源网(ks5u.com),中国最大的高考网站,您身边的高考专家。高考资源网(ks5u.com),中国最大的高考网站,您身边的高考专家。满分5 manfen5.com             满分5 manfen5.com        试管内壁有

银镜生成                                                                             X具有还原性,一定含有醛基

C       满分5 manfen5.com       先生成白色沉淀,滴加FeCl3溶液后,生成红褐色沉淀 Fe(OH)3是比Mg(OH)2

更难溶的电解质

D               满分5 manfen5.com              试管b 比试管a中溶液的红色深   增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动

 

 

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