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金属锰在冶金工业中用来制造特种钢,常作为脱硫剂和去氧剂,其化合物广泛应用于电池、...

金属锰在冶金工业中用来制造特种钢,常作为脱硫剂和去氧剂,其化合物广泛应用于电池、机械制造业等领域。

(1)以软锰矿(主要为MnO2)为原料通过热还原法得到金属锰涉及的两个反应:

3MnO2(s)=Mn3O4(s)+ O2(g)  H1= akJ•mol-1

3Mn3O4(s)+ 8Al(s) =4A12O3(s) + 9Mn(s)   H2= bkJ•mol-1

已知A1的燃烧热为 ckJ•mol-1,则MnO2A1发生铝热反应的热化学方程式为___________

(2)科研人员将制得的锰粉碎后加入到SnCl2溶液中使其浸出(假定杂质不反应,溶液 体积不变),发生反应Mn(s)+ Sn2+(aq)Mn2+(aq)+ Sn(s)(已知含Sn2+水溶液为米黄色)

请回答下列问题:

①为加快反应速率可以采取的措施有__________;不考虑温度因素,一段时间后Mn的溶解速率加快,可能的原因是____________________

②下列能说明反应已达平衡的有____________________(填编号)

A.溶液的颜色不发生变化

B.溶液中c(Mn2+)=c( Sn2+)

C.体系中固体的质量不变

D.Mn2+Sn2+浓度的比值保持不变

③室温下,测得溶液中阳离子浓度c(R2+)随时间的变化情况如下图所示,则上述反应的平衡常数K=_________________Mn2+的产率为____________

④若其他条件不变,10min后向容器中迅速加入蒸馏水至溶液体积变为原来的2倍,则 再次平衡时c(Mn2+) =____________(不考虑离子水解的影响)

(3)MnO2也可在MnSO4-H2SO4-H2O为体系的电解液中电解获得,其阳极反应式为_____________________,阳极附近溶液的pH____________(选填增大减小不变”)

(4)电解制锰后的废水中含有Mn2+,常用石灰乳进行一级沉降得到Mn(OH)2沉淀,过滤后再向滤液中加入等体积的Na2S溶液,进行二级沉降。为了将Mn2+的浓度降到1.0×l0-9mol/L,则加入的Na2S溶液的浓度至少是____________mol/L [已知Ksp(MnS)=4.5×l0-14]

 

3MnO2(s) + 4Al(s) ═ 2Al2O3(s) + 3Mn(s) △H=(3a+b+4c)kJ∙mol-1 升高温度或增大c(Sn2+) 构成多个微型原电池,加快反应速率 ACD 3 75% 0.375mol∙L-1 Mn2+ -2e- +2H2O = MnO2 + 4H+ 减小 9.0×10-5 【解析】 (1)①3MnO2(s)=Mn3O4(s)+ O2(g),②3Mn3O4(s)+ 8Al(s) =4A12O3(s) + 9Mn(s) ,③Al(s)+3/4O2(g)=1/2Al2O3(s) △H=-ckJ·mol-1,MnO2与Al反应的方程式为4Al+3MnO2=2Al2O3+3Mn,因此有(3×①+②+4×③)/3,得出:3MnO2(s) + 4Al(s) ═ 2Al2O3(s) + 3Mn(s) △H=(3a+b+4c)/3kJ·mol-1; (2)①加快反应速率,可以适当升高温度,增加c(Sn2+)等;根据反应方程式,有Sn单质的生成,与Mn构成原电池,加快反应速率; ②A、Mn2+、Sn2+是有颜色的离子,当溶液颜色不再改变,说明反应达到平衡,故A符合题意; B、不知投入量和转化率,因此无法通过c(Mn2+)=c(Sn2+)判断是否达到平衡,故B不符合题意; C、Mn和Sn摩尔质量不同,因此当体系固体质量不变,说明达到平衡,故C符合题意; D、随着反应进行,Mn2+的量增大,Sn2+量减少,当Mn2+与Sn2+浓度的比值保持不变,说明反应达到平衡,故D符合题意; ③随着反应进行,c(Mn2+)增大,c(Sn2+)减小,该反应的平衡常数,K=c(Mn2+)/c(Sn2+)=0.75mol·L-1/0.25mol·L-1=3;因为是同一溶液反应,因此物质的量之比等于物质的量浓度之比,Mn2+的产率为0.75mol·L-1/(0.75mol·L-1+0.25mol·L-1)×100%=75%; ④Mn2+和Sn2+的系数相等,Mn和Sn为固体,因此加水稀释,平衡不移动,加入蒸馏水至溶液体积变为原来的2倍,c(Mn2+)为原来平衡时的一半,即c(Mn2+)=0.75mol·L-1/2=0.375mol·L-1; (3)根据电解原理,阳极上失去电子,化合价升高,因此MnSO4在阳极上放电,其电极反应式为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+;该电极产生H+,酸性增强,pH减小; (4)Mn2+为1.0×10-9mol·L-1,此时MnS溶液为饱和溶液,根据c(S2-)=Ksp(MnS)/c(Mn2+)= mol·L-1=4.5×10-5mol·L-1,滤液中加入等体积的Na2S溶液,则加入Na2S溶液的浓度至少为4.5×10-5×2mol·L-1=9.0×10-5mol·L-1。
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考点分析:
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1)甲醇(CH3OH)是重要的溶剂和替代燃料,工业上用COH2在一定条件下制备CH3OH的反应为:CO(g)+2H2(g)= CH3OH(g),在体积为1L的恒容密闭容器中,充入2 molCO4molH2,一定条件下发生上述反应,测得CO(g)CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①从反应开始至达到平衡,用氢气表示的平均反应速率υ(H2)=_______mol/(L·min)

②下列说法正确的是______(填字母序号)

A.达到平衡时,CO的转化率为75%

B5min后容器中混合气体的平均相对分子质量不再改变

C.达到平衡后,再充入氩气,反应速率减小

D2minυ()>υ()2minυ()<υ()

③该条件下反应的平衡常数K=______

2)已知:ICO的燃烧热为H=283.0kJ·mol1

IIH2O(1)=H2O (g)    H=+44.0 kJ·mol1

III2CH3OH(g)+CO2(g)CH3OCOOCH3(g)+ H2O(g)  H=15.5 kJ·mol1

则①2CH3OH(g)+CO(g)+O2(g)CH3OCOOCH3(g)+ H2O( l)  H=_____

②对于可逆反应2CH3OH(g)+CO(g)+ O2(g)CH3 OCOOCH3(g)+H2O(1)采取以下措施可以提高CH3OCOOCH3产率的是____(填字母)

A.降低体系的温度    B.压缩容器的体积

C.减少水量          D.选用适当的催化剂

3)比亚迪双模电动汽车使用高铁电池供电。高铁电池的总反应为:3Zn(OH)+2Fe(OH)3+4KOH 3Zn+2K2 FeO4+8H2O,则充电时的阳极反应式为_______

4)若往20mL0.0lmol/L的弱酸HNO2溶液中逐滴加入一定浓度的烧碱溶液,测得混合溶液的温度变化如下图所示,下列有关说法正确的是______(填序号)

①该烧碱溶液的浓度为0.02mol/L

②该烧碱溶液的浓度为0.01mol/L

HNO2的电离平衡常数:b>a

④从b点到c点,混合溶液中一直存在:c(Na+)>c(NO2)>c(OH)>c(H+)

 

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随着科技的进步,合理利用资源、保护环境成为当今社会关注的焦点。甲胺铅碘(CH3NH3PI3)引用作新敏化太阳能电池的敏化剂,可由CH3NH2PbI2HI为原料合成。回答下列问题:

1)制取甲胺的反应为CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)  H1

NH3电子式为_______

②已知该反应中相关化学键的键能数据如下:

则该反应的H1=_______kJ·mol1

2)上述反应中所需的甲醇可以利用甲烷为原料在催化剂作用下直接氧化来合成。煤炭中加氢气可发生反应:C(s)+2H2(g)CH4(g)   H2。在密闭容器中投入碳和H2,控制条件使其发生该反应,测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图中曲线所示。

①该反应的H2_______0(“>” “<”“=”),判断理由是_______

②在4MPa1100K时,图中Xv(H2)____ v(H2)(“>”“<”“=”)。该条件下,将1molC2molH2通入密闭容器中进行反应,平衡时测得的转化率为80%CH4的体积分数为______。若维持容器体积不变,向其中再加入0.5mo1C1mo1H2,再次达到平衡后,平衡常数K_____(增大减小不变”)

③某化学兴趣小组提供下列四个条件进行上述反应,比较分析后,你选择的反应条件是______(填字母序号)

A5MPa 800K      B6MPa 1000K    C10MPa 1000K    D10MPa 1100K

3)已知常温下PbI2饱和溶液(呈黄色)c(Pb2+)=1.0×103mol·L1Pb(NO3)2溶液与KI溶液混合可形成PbI2沉淀。现将浓度为2×103mol·L1Pb(NO3)2溶液与一定浓度的KI溶液等体积混合,则生成沉淀所需KI溶液的最小浓度为______

 

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能源是国民经济发展的重要基础,我国目前使用的能源主要是化石燃料。

(1)已知:

则煤气化主要反应________________

(2)已知的正反应速率为,逆反应速率为k为速率常数。2500K时, ,则该温度下的反应平衡常数K=_________________

(3)甲醇制甲醚的有关反应为: 一定温度下,在三个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中发生该反应。

容器编号

温度/℃

起始物质的量/mol

平衡物质的量/mol

CH3OH

CH3OCH3

H2O

I

387

0. 20

x

 

II

387

0. 40

 

y

207

0. 20

0. 090

0. 090

 

 

________________.

②已知时该反应的化学平衡常数K=4。该温度下,若起始时向容器I中充入0.10mol ,则反应将向_________(填)反应方向进行。

③容器Ⅱ中反应达到平衡后,若要进一步提高甲醚的产率,可以采取的措施为______________(填序号)

A.升高温度    B.其他条件不变,增加的物质的量

C.降低温度    D.保持其他条件不变,通入氖气

(4)为减少雾霾、降低大气中有害气体含量,研究机动车尾气中的排放量意义重大。机动车尾气污染物的含量与空/燃比(空气与燃油气的体积比)的变化关系示意图如图所示:

①当空/燃比达到15减少的原因可能是__________(填字母)。

a.反应是吸热反应

b.当空/燃比大干15后,燃油气燃烧放出的热量相应减少

②随空/燃比增大,CO的含量减少的原因是______

 

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探索CO2CH4的反应使其转化为COH2,对减缓燃料危机,减少温室效应具有重要意义。回答下列问题

(1)已知:①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)  △H1=+206.1kJ·mol1

2H2(g)+CO(g)CH3OH(1)   △H2=128.3kJ·mol1

2H2(g)+O2(g)2H2O(g)    △H3=483.6kJ·mol1

25℃时,在合适的催化剂作用下,采用甲烷和氧气一步合成液态甲醇的热化学方程式为______________________

(2)向某密闭恒容容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L1CH4CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①工业生产时一般会选择在P41250℃条件下进行反应,请解释其原因______________________

②在压强为P41100℃的条件下,该反应在5min时达到平衡点X,则0-5min内,用CO表示该反应平均速率为___________;该温度下,反应的平衡常数为___________(保留3位有效数字)

(3)工业上用COH2制取甲醇反应方程式为2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)。对于该合成反应,若通入的CO的物质的量一定,如图为4种投料比[n(CO)n(H2)分别为5710175912]时,反应温度对CO平衡转化率的影响曲线。

①曲线b对应的投料比是___________

②当反应在曲线abc对应的投料比下达到相同的平衡转化率时,对应的反应温度和投料比的关系是___________

③投料比为1017反应温度为T1时,平衡混合气体中CO的物质的量分数为___________

 

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氮的化合物应用广泛,但氮氧化物是重要的空气污染物,应降低其排放。

(1)CO2NH3可合成氮肥尿素

已知:①2NH3(g)+CO2(g)===NH2CO2NH4(s)   H=159.5kJ·mol1

NH2CO2NH4(s)===CO(NH2)2(s)+H2O(g)     H=+116.5kJ·mol1

H2O(1)===H2O(g)  H=+44kJ·mol1

CO2NH3合成尿素(副产物是液态水)的热化学方程式为___________

(2)工业上常用如下反应消除氮氧化物的污染:

CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)    H

在温度为T1T2时,分别将0.40 mol CH41.0 mol NO2充入体积为1L的密闭容器中,n(CH4)随反应时间的变化如图所示:

①根据如图判断该反应的H___________0(填“>”“<”“=”),理由是___________

②温度为T1时,0~10minNO2的平均反应速率v(NO)2=___________,反应的平衡常数K=______(保留三位小数)

③该反应达到平衡后,为再提高反应速率同时提高NO2的转化率,可采取的措施有______(填编号)

A.改用高效催化剂    B.升高温度

C.缩小容器的体积    D.增加CH4的浓度

(3)利用原电池反应可实现NO2的无害化,总反应为6NO2+8NH3===7N2+12H2O,电解质溶液为NaOH溶液,工作一段时间后,该电池正极区附近溶液pH___________(增大”“减小不变”),负极的电极反应式为___________

(4)氮的一种氢化物HN3,其水溶液酸性与醋酸相似,则NaN3溶液中各离子浓度由大到小的顺序为___________;常温下将 a mol·L1HN3b mol·L1Ba(OH)2溶液等体积混合,充分反应后,溶液中存在2c(Ba2+)=c(N3),则该混合物溶液呈___________(”“”)性,溶液中c(HN3)=___________ mol·L1

 

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