[化学—选修2:化学与技术](15分)
草酸(乙二酸)可作还原剂和沉淀剂,用于金属除锈、织物漂白和稀土生产。一种制备草酸(含2个结晶水)的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)CO和NaOH在一定条件下合成甲酸钠、甲酸钠加热脱氢的化学反应方程式分别为 、 。
(2)该制备工艺中有两次过滤操作,过滤操作①的滤液是 ,滤渣是 ;过滤操作②的滤液是 和 ,滤渣是 。
(3)工艺过程中③和④的目的是 。
(4)有人建议甲酸钠脱氢后直接用硫酸酸化制备草酸。该方案的缺点是产品不纯,其中含有的杂质主要是 。
(5)结晶水合草酸成品的纯度用高锰酸钾法测定。称量草酸成品0.250g溶于水中,用0.0500 mol?L-1的酸性KMnO4溶液滴定,至粉红色不消褪,消耗KMnO4溶液15.00mL,反应的离子方程式为 ;列式计算该成品的纯度 。
二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(i)CO(g) + 2H2(g) = CH3OH(g) △H1 = -90.1kJ?mol-1
(ii)CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) △H2 = -49.0kJ?mol-1
水煤气变换反应:
(iii)CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2 (g) △H3 = -41.1kJ?mol-1
二甲醚合成反应:
(iV)2 CH3OH(g) = CH3OCH3(g) + H2O(g) △H4 = -24.5kJ?mol-1
回答下列问题:
(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是 (以化学方程式表示)。
(2)分析二甲醚合成反应(iV)对于CO转化率的影响 。
(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为 。根据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响 。
(4)有研究者在催化剂(含Cu—Zn—Al—O和Al2O3)、压强为5.0MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如下图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是 。
(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度等于甲醇直接燃料电池(5.93kW?h?kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为 ,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生 个电子的能量;该电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E = (列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量,1 kW?h = 3.6×106J)。
锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe- = LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。
回答下列问题:
(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为 。
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式 。
(3)“酸浸”一般在80℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 ;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是 。
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式 。
(5)充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式 。
(6)上述工艺中,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是 。在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有 (填化学式)。
醇脱水是合成烯烃的常用方法,实验室合成环己烯的反应和实验装置如下:
可能用到的有关数据如下:
合成反应:
在a中加入20g环己醇和2小片碎瓷片,冷却搅动下慢慢加入1 mL浓硫酸。B中通入冷却水后,开始缓慢加热a,控制馏出物的温度不超过90℃。
分离提纯:
反应粗产物倒入分液漏斗中分别用少量5%碳酸钠溶液和水洗涤,分离后加入无水氯化钙颗粒,静置一段时间后弃去氯化钙。最终通过蒸馏得到纯净环己烯10g。
回答下列问题:
(1)装置b的名称是 。
(2)加入碎瓷片的作用是 ;如果加热一段时间后发现忘记加瓷片,应该采取的正确操作时 (填正确答案标号)。
A.立即补加 B.冷却后补加 C.不需补加 D.重新配料
(3)本实验中最容易产生的副产物的结构简式为 。
(4)分液漏斗在使用前须清洗干净并 ;在本实验分离过程中,产物应该从分液漏斗的 (填“上口倒出”或“下口放出”)。
(5)分离提纯过程中加入无水氯化钙的目的是 。
(6)在环己烯粗产物蒸馏过程中,不可能用到的仪器有 (填正确答案标号)。
A.圆底烧瓶 B.温度计 C.吸滤瓶 D.球形冷凝管 E.接收器
(7)本实验所得到的环己烯产率是 (填正确答案标号)。
A.41% B.50% C.61% D.70%
下列实验中,所采取的分离方法与对应原理都正确的是( )
选项 目的 分离方法 原理
A. 分离溶于水中的碘 乙醇萃取 碘在乙醇中的溶解度较大
B. 分离乙酸乙酯和乙醇 分液 乙酸乙酯和乙醇的密度不同
C. 除去KNO3固体中混杂的NaCl 重结晶 NaCl在水中的溶解度很大
D. 除去丁醇中的乙醚 蒸馏 丁醇与乙醚的沸点相差较大
分子式为C5H10O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇,若不考虑立体异构,这些酸和醇重新组合可形成的酯共有( )
A.15种 B.28种
C.32种 D.40种