(10分)高锰酸钾是深紫色的针状晶体,是最常用的氧化剂之一,工业上以软锰矿(主要成分是MnO2)为原料制备高锰酸钾。下面是实验室制取高锰酸钾的过程:
①称取15g固体KOH和8g固体KClO3,导入坩埚内,混合均匀,小火加热,并用铁棒搅拌。待混合物熔融后,一面搅拌,一面将10gMnO2粉末分批加入。随着反应的进行,熔融物的粘度逐渐增大,此时用力搅拌,待反应物干涸后,再强热5~10min。
②待熔体冷却后,从坩埚内取出,放入250mL烧杯中,用80mL蒸馏水分批浸取,并不断搅拌,加热以促进其溶解。趁热减压过滤浸取液,即可得到墨绿色的K2MnO4溶液。
③将K2MnO4溶液倒入烧杯中,加热至60℃,按如图所示进行电解。阳极是光滑的镍片,卷成圆筒状,阴极为粗铁丝。接通直流电源,高锰酸钾在阳极析出沉于烧杯底部,溶液由墨绿色逐渐转为紫红色,电解1h后,停止通电,取出电极。在冷水中冷却电解液,使结晶完全,用玻璃砂布氏漏斗将晶体抽干,称重,计算产率。
回答下列问题:
(1)步骤①发生的反应方程式为______________________________
(2)步骤①中共熔时要选择__________坩埚(填“铁”、“陶瓷”或“石英”)。
(3)写出步骤③中发生的电极反应式:
阳极____________________________ 阴极________________________
(4)实验中用到抽滤操作,抽滤装置如下图所示,仪器B的名称是___________。抽滤完毕,吸滤瓶内的液体从_____________________倒出。步骤③抽滤时使用玻璃砂布氏漏斗的原因是_________________________________________________
(11分)过氧化氢是重要的氧化剂和还原剂,常用于消毒、杀菌、漂白等。某化学兴趣小组同学围绕着过氧化氢开展了调查研究与实验。
Ⅰ.调查
(1)通过查阅资料,发现过氧化氢的沸点为152.1℃,而相对分子质量相同的硫化氢的沸点为-60.4℃,造成两者沸点差异大的主要原因是 ;
(2) 资料显示,过氧化氢制备目前最常用的是乙基蒽醌法,其主要过程可以用如图所示,写出此过程的总反应方程式是 。
Ⅱ.不稳定性实验研究
(3)为了探究温度、催化剂等外界条件对H2O2的分解速率的影响,某兴趣小组同学设计了如下三组实验,部分实验数据已经填在下面表中。
实验编号 |
T/℃ |
H2O2初始浓度/ mol·L-1 |
FeCl3初始浓度/ mol·L-1 |
Ⅰ |
20 |
1.0 |
|
Ⅱ |
50 |
1.0 |
0 |
Ⅲ |
50 |
|
0.1 |
①实验Ⅰ、Ⅱ研究温度对分解速率的影响,则实验Ⅰ中FeCl3初始浓度应为 mol·L-1,实验Ⅱ、Ⅲ研究催化剂对分解速率的影响,则实验Ⅲ中H2O2初始浓度应为 mol·L-1。
②三组实验中分解速率最快的是 (填编号)。
Ⅲ.过氧化氢含量的实验测定
兴趣小组同学用0.1000 mol·L-1酸性高锰酸钾标准溶液滴定试样中过氧化氢的含量,反应原理为:2MnO4-+5H2O2+6H+ =2Mn2++8H2O+ 5O2
(4)滴定到达终点的现象是__________________________________________________。
(5)用移液管吸取25.00mL试样置于锥形瓶中,重复滴定四次,每次消耗的 KMnO4标准溶液体积如下表所示:
|
第一次 |
第二次 |
第三次 |
第四次 |
体积(mL) |
17.10 |
18.10 |
18.00 |
17.90 |
计算试样中过氧化氢的浓度为 mol·L-1。
(6)若滴定前尖嘴中有气泡,滴定后消失,则测定结果 (“偏高”或“偏低”或“不变”)。
(11分)在汽车上安装三效催化转化器,可使汽车尾气中的主要污染物(CO、NOx、碳氢化合物)进行相互反应,生成无毒物质,减少汽车尾气污染。
(1)已知:N2(g)+ O2(g)=2NO(g) △H=+180.5 kJ·mol-1
2C(s)+ O2(g)=2CO(g) △H=-221.0 kJ·mol-1
C(s)+ O2(g)=CO2(g) △H=-393.5 kJ·mol-1
①尾气转化的反应之一:2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H= 。
②已知:N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol—1、497 kJ·mol—1,则NO分子中化学键的键能为 kJ·mol—1。
(2)某研究性学习小组在技术人员的指导下,在某温度时,按下列流程探究某种催化剂作用下的反应速率,用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):
①前3s内的平均反应速率v (N2) = _________________________。
②在该温度下,反应的平衡常数K = 。(只写出计算结果)
③该可逆反应△S 0(填“>”、“<”或“=”),在_______________(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
(3)CO分析仪以燃料电池为工作原理,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是
A.负极的电极反应式为:
CO+O2—―2e-=CO2
B.工作时电极b作正极,O2-由电极a流向电极b
C.工作时电子由电极a通过传感器流向电极b
D.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高
(9分)甲、丙、丁是由短周期元素组成的物质,它们之间存在如下转化关系。
甲 + H2O → 丙 + 丁
(1)转化关系中所涉及的反应为非氧化还原反应。
①若甲是一种钠盐,丁为两性氢氧化物,则甲的化学式为 ,丁的酸式电离方程式为 。
②若甲是由N和Cl元素组成的化合物,其分子结构模型如右图所示, 丙具有漂白性。则甲中Cl元素的化合价是 ,丁与H2O有相同的电子总数,则丁的电子式为
(2)转化关系中所涉及的反应为氧化还原反应。
①若甲和丙是同主族元素组成的单质,且组成甲的元素位于第三周期,此反应的离子方程式是 。
②若丙和丁都可在一定条件下还原CuO,此反应的化学方程式是 。
(9分)A、B、C、D、E五种短周期元素,它们的原子序数依次增大。B原子的最外层电子数是其次外层电子数的2倍;A的一种原子中,质量数与质子数之差为零。D元素的原子最外层电子数为m,次外层电子数为n;E元素的原子L层电子数为m+n,M层电子数为。请回答下列问题:
(1)B元素是____________,D元素在周期表中的位置是_____________________;
(2)C与E形成的化合物E3C属于________晶体(填“原子”、“离子”或“分子”);
(3)由A、D、E元素组成的化合物中存在的作用力是_________________________;
(4)写出一个E和D形成的化合物与水反应的化学方程式_______________________;
(5)C的最高价氧化物对应的水化物与其氢化物反应生成一种盐X,X的水溶液显________性(填“酸”、“碱”或“中”),其原因用离子方程式表示:___________
__________________________。
某FeSO4、Fe2(SO4)3、H2SO4的混合溶液100mL,已知溶液中阳离子的浓度相同(不考虑水解),且SO42-的物质的量浓度为6 mol·L-1,则此溶液最多可溶解铁粉的质量为
A.11.2 g B.16.8 g C.19.6 g D.22.4 g