活性Fe3O4为黑色固体,有磁性,其不溶于水、碱和酒精、乙醚等有机溶剂中, Fe3O4在潮湿的空气中或高温下易被O2氧化。工业上利用锈蚀废铁为原料,利用共沉淀法制备活性Fe3O4(或写为FeO·Fe2O3)的流程如下:
(1)在制备过程中将块状固体原料粉碎磨成粉末,作用是 。
(2)设计合理的实验方案证明Fe3O4与盐酸反应的产物中含有Fe2+、Fe3+,简述实验操作步骤和实验现象 。
(可供选择的试剂:KSCN溶液、还原铁粉、氯水、酸性高锰酸钾溶液)
(3)假如在反应池中几乎没有气体产生,在合成池里所有铁元素转化为Fe3O4,则根据相关反应可知,配料中心很可能使混合物中的Fe2O3与Fe物质的量之比接近于 。
(4)在一次制备Fe3O4的实验中,由于配料中心反应物比例控制不当,获得了另一种产品FexOy。取一定量该产品溶于足量盐酸中,还需通入标准状况下224 mLCl2才能把溶液中的Fe2+全部氧化为Fe3+,然后把所得溶液滴加足量NaOH溶液,将沉淀过滤、洗涤、蒸干,灼烧至恒重,得8 g固体。计算该产品的化学式。(请写出计算过程)
粗CuO是将工业废铜、废铜合金等高温焙烧而成的,杂质主要是铁的氧化物及泥沙。以粗CuO为原料制备胆矾的主要流程如下:
已知Fe3+、Fe2+ 、Cu2+转化为相应氢氧化物时,开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表:
|
Fe3+ |
Fe2+ |
Cu2+ |
开始沉淀时的pH |
2.7 |
7.6 |
5.2 |
完全沉淀时的pH |
3.7 |
9.6 |
6.4 |
(1)加入3% H2O2之前必须进行操作Ⅱ,操作Ⅱ的名称是 ;
H2O2参加反应的离子方程式为 。
(2)加稀氨水调节pH的目的是 ,pH应调至 范围。下列物质可用来替代稀氨水的是 。
①NaOH ②Fe2O3 ③CuO ④Na2CO3
(3)经操作Ⅰ得到粗胆矾,操作Ⅲ得到精致胆矾。两步操作相同,具体包括 、 、
过滤、 、干燥等步骤。
随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二五”期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少8%,氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前,消除大气污染有多种方法。
Ⅰ.处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2
CH4(g)+2NO2 (g)=N2(g) + CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867kJ·mol-1
则△H2= 。
Ⅱ. 化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO2是大气中SO2的主要来源。(1)将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一,反应为C(s) + H2O(g)= CO(g) + H2(g),
该反应的化学平衡常数表达式为K= 。 800℃时,将1molCO、3mol H2O、1mol H2充入容积为1L的容器中,发生反应:CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g),反应过程中各物质的浓度如右图t1前所示变化。若保持温度不变,t2时再向容器中充入CO、H2各1mol,平衡将 移动(填“向左”、 “向右”或“不”)。t2时,若改变反应条件,导致H2浓度发生如图t2后所示的变化,则改变的条件可能是 (填符号)。
a加入催化剂 b降低温度 c缩小容器体积 d减少CO2的量
(2)碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染,同时又能制得氢气,具体流程如下:
①用离子方程式表示反应器中发生的反应 。
②用化学平衡移动的原理分析,在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是 。
Ⅲ.开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示:
通入a气体的电极是原电池的 极(填“正”或“负”),其电极反应式为 。
实验室制备氨基甲酸铵(NH2COONH4)的反应如下:2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s),该反应在干燥条件下仅生成氨基甲酸铵,若有水存在则生成碳酸铵或碳酸氢铵。
(1)该反应在一定条件下能够自发进行,则反应的ΔH 0。(填大于、小于或等于)
(2)写出生成碳酸氢铵的化学方程式 。
(3)按下图装置进行如下实验:
步骤1:检查装置气密性。
步骤2:在相应仪器中装入药品,其中在三颈烧瓶中加入足量的氢氧化钠固体,恒压滴液漏斗中装入浓氨水。
步骤3:滴加浓氨水并搅拌,调节反应速率,在反应器中得到产品
……
①干燥管中盛放的药品是 。
②对比碳酸盐和酸反应制CO2,该实验利用干冰升华产生CO2气体的优点有 。
③以恒压滴液漏斗代替分液漏斗的目的是 。
④反应后期随着CO2气流减慢,导致反应物比例不当,可采取的相应措施是 。
(4)有同学认为该实验装置存在安全问题,请问可能面临的安全问题是 。
以对甲酚(A)为起始原料,通过一系列反应合成有机物E的路线如下:
(1)A→B的反应类型为 。
(2)C的核磁共振氢谱有 个峰。
(3)D→E发生的取代反应中还生成了NaCl,则X的化学式为 。
(4)写出同时满足下列条件的D的同分异构体的结构简式: (任写一种)。
①苯的衍生物,苯环上有四个取代基且苯环上的一取代产物只有一种
②与Na2CO3溶液反应放出气体
(5)已知:R-CNR-COOH,E在酸性条件下水解后的产物在一定条件下可生成F(C11H10O3)。写出F的结构简式: 。
(6)利用合成E路线中的有关信息,写出以对甲酚、乙醇为主要原料制备的合成路线流程图。
流程图示例如下:
CH3CH2OH H2C=CH2 BrH2C-CH2Br
(14分)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。已知:
CH4(g)+H2O(g) ===CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2 kJ/mol
CH4(g)+CO2(g) ===2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247.4 kJ/mol
CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为 。
(2)硫铁矿(FeS2)燃烧产生的SO2通过下列碘循环工艺过程既能制H2SO4,又能制H2。
已知1g FeS2完全燃烧放出7.1 kJ热量,FeS2燃烧反应的热化学方程式为 。
该循环工艺过程的总反应方程式为 。
(3)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图见图(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为 。
(4)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示),NiO(OH)作为电池正极材料,KOH溶液作为电解质溶液,可制得高容量,长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为:
NiO(OH)+MHNi(OH)2+M
①电池放电时,正极的电极反应式为 。
②充电完成时,Ni(OH)2全部转化为NiO(OH)。若继续充电将在一个电极产生O2,O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗,从而避免产生的气体引起电池爆炸,此时,阴极的电极反应式为 。
(5)Mg2Cu是一种储氢合金。350℃时,Mg2Cu与H2反应,生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数为0.077)。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为 。