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可燃冰(天然气水合物,可用CH4∙xH2O表示)的开采和利用,既有助于解决人类面...

可燃冰(天然气水合物,可用CH4∙xH2O表示)的开采和利用,既有助于解决人类面临的能源危机,又能生产一系列的工业产品。

(1)可燃冰在一定条件下能够释放出CH4气体,该条件是________(低温、高压高温、低压”)

(2)熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)通常被称为第二代燃料电池。以CH4MCFC的燃料时,电池的工作原理如图所示。

CH4(g)H2O(g)可在电池内部经重整反应转化为H2(g)CO2(g),已知CH4H2的标准燃烧热分别为890.3kJ/mol285.8kJ/molH2O(l)=H2O(g) H=+41 kJ/mol,则甲烷重整反应的热化学方程式为CH4(g)+2H2O(g)=4H2(g)+CO2(g)H=________kJ/mol

②图中电极A为燃料电池的________(正极负极”),电极B上的电极反应式为________

(3)在压强为p的恒压容器中,CH4在电弧炉的作用下制取乙炔,化学方程式为2CH4=C2H2+3H2。下表为反应体系的物料衡算表。

成分

进料

出料

CH4

CH4

C2H2

H2

物质的量(mol)

44.8

19.13

8.96

39.5

 

①计算可知C2H2的产率α=________

②出料中C2H2H2的物质的量之比并不等于1:3,可能的原因是________

 

高温、低压 +170.9kJ/mol 负极 O2+4e-+2CO2=CO32- 40% 该反应存在较多副反应(或甲烷、乙炔分解或乙炔与氢气发生加成反应等) 【解析】 (1)高温、低压条件有利于CH4的逸出; (2)①根据盖斯定律计算; ②燃料电池中,通入燃气的一极是负极,通入空气的一极是正极,电解质是熔融碳酸盐; (3)①产率=×100%; ②有产生氢气的副反应存在导致出料中C2H2和H2的物质的量之比不等于1:3。 (1)可燃冰释放出CH4的过程中是产生气体的过程,高温、低压条件有利于CH4的逸出; (2)①由题意可知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+H2O(l) ∆H1=-890.3kJ/mol;②H2(g)+O2(g)= H2O(l) ∆H2=-285.8kJ/mol;③H2O(l)=H2O(g) ∆H3=+41kJ/mol;根据盖斯定律,①-4②-2③可得CH4(g)+2H2O(g)=4H2(g)+CO2(g) ∆H=-890.3+285.8×4-41×2=+170.9kJ/mol; ②燃料电池中,通入燃气的一极是负极,通入空气的一极是正极,电解质是熔融碳酸盐,则正极的电极反应式为O2+4e-+2CO2=CO32-; (3)①题中所给数据,理论产量为22.4mol,实际生成C2H2为8.96mol,则产率==40%; ②出料中C2H2和H2的物质的量之比并不等于1:3,可能的原因是该反应存在较多副反应(或甲烷、乙炔分解或乙炔与氢气发生加成反应等)。
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某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO3MnO2FeCO3MgOSiO2Al2O3等.已知碳酸锰难溶于水.一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰,流程如图1:阴离子膜法电解装置如图2所示:

(1)写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式______

(2)已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如表:

离子

Fe3+

Al3+

Fe2+

Mn2+

Mg2+

开始沉淀的pH

2.7

3.7

7.0

7.8

9.3

沉淀完全的pH

3.7

4.7

9.6

9.8

10.8

 

加氨水调节溶液的pH等于6,则滤渣的成分是______,滤液中含有的阳离子有H+______

(3)在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣中也无MnO2,请解释原因______

(4)电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向,则A电极是直流电源的______极.实际生产中,阳极以稀硫酸为电解液,阳极的电极反应式为______

(5)该工艺之所以采用阴离子交换膜,是为了防止Mn2+进入阳极区发生副反应生成MnO2造成资源浪费,写出该副反应的电极反应式______

 

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某含锰矿物的主要成分有MnCO3MnO2FeCO3SiO2Al2O3等。已知FeCO3MnCO3难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰,主要物质转化关系如下:

1)设备1中反应后,滤液1里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣1中也无MnO2。滤渣1的主要成分是_______(填化学式)。

2)设备1中发生氧化还原反应的离子方程式是_______

3)设备2中加足量双氧水的作用是_______。设计实验方案检验滤液2中是否存在Fe2+_______

4)设备4中加入过量氢氧化钠溶液,沉淀部分溶解,。用化学平衡移动原理解释原因:_______

5)设备3中用阴离子膜法提取金属锰的电解装置图如下:

电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向,则A电极是直流电源的_______极。实际生产中,阳极以稀硫酸为电解液,阳极的电极反应式为___________

该工艺之所以采用阴离子交换膜,是为了防止Mn2+进入阳极区发生副反应生成MnO2造成资源浪费,写出该副反应的电极反应式______________

 

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过二硫酸铵[(NH4)2S2O8]是一种常用的氧化剂和漂白剂。一种以辉铜矿(主要成分为Cu2S,且杂质不参与下列流程中的反应)为原料制备过二硫酸铵的流程如图所示:

请回答下列问题:

(1)矿石粉碎的目的是________

(2)Cu2O和辉铜矿在高温下反应的化学方程式为________。在该反应中,n(氧化剂)n(还原剂)=________

(3)工业上,常采用电解法制取(NH4)2S2O8,其装置如下图所示。则电解时,阳极的电极反应式为:________。当电路中转移2.5mol电子时,阴极产生________(填数值)mol________(填物质)

(4)从过二硫酸铵溶液中获得过二硫酸铵晶体,需采用蒸发浓缩、降温结晶、________________、干燥等操作。

(5)过二硫酸铵常用于检验废水中的Cr3+是否超标,如果超标,溶液会变成橙色(还原产物为SO42-),写出该反应的离子方程式________

 

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二氧化锗(GeO2)可用于制备半导体材料,某实验小组以铁矾渣(主要成分为FeOCaOGeOSiO2)为原料制取二氧化锗的工艺流程如下所示。

已知:25℃时,部分金属阳离子转化为氢氧化物沉淀时的pH如下表所示。

离子

Fe3+

Mn2+

Ge4+

开始沉淀时的pH

2.3

8.3

8.2

沉淀完全时的pH

4.1

9.8

11.2

 

请回答下列问题:

(1)由下图可知,浸出时,所用硫酸的最佳质量分数为________,浸渣的主要成分为________________(填化学式)

(2)“氧化时,可选用的试剂为________(填字母)

A.KMnO4   B.NaOH   C.H2O2   D.I2

(3)“氧化时,若以适量稀硝酸作氧化剂,则Ge2+被氧化的离子方程式为________________氧化后,选用K3[Fe(CN)6]溶液证明Fe2+已全部被氧化的实验现象为________________________________________________

(4)“除铁时,可选用Na2CO3为除铁剂,其原理为____________________________

(5)已知Ge(OH)4,具有两性,在得到Ge(OH)4的过程中,若溶液的pH大于12,会导致Ge(OH)4溶解,写出该反应的离子方程式:________________________________

(6)利用惰性电极电解酸性GeSO4溶液也可制得GeO2,则阳极的电极反应式为___________________

 

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硫酸锰广泛应用于医药、食品、农药、造纸等行业,如图是以软锰矿(主要成分是MnO2,还含有SiO2等杂质)和黄铁矿(FeS2)制取MnSO4∙H2O的流程图,已知Ksp(MnCO3)=2.2×10-11,气体常用作气体肥料。回答下列问题:

(1)空气中高温焙烧发生反应的化学方程式为________

(2)气体的电子式为________

(3)操作a所用的主要玻璃仪器:________

(4)常温下,0.1mol/L碳酸氢铵溶液中微粒浓度分数与pH的关系如图所示,取一定量母液C加入NH4HCO3至其浓度为0.1mol/L可制得高性能强磁性材料MnCO3,该反应的离子方程式为________同时调pH=10.3,则溶液中c(Mn2+)=________

(5)硫酸锰是工业制备MnO2电极的活性原料,则用惰性电极电解酸性母液C制得MnO2的阳极电极反应式为________若电路中通过0.3mol电子时,理论上得到MnO2的质量为________g

(6)如图是MnSO4∙H2O的热重曲线,则850℃时固体化学式为________700℃时发生反应的化学方程式是________

 

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