【题目】为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。
活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。请回答下列问题:
(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是_____________________。
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择_________________(填字母编号)。
A.KMnO4溶液 B.淀粉-KI溶液 C.KSCN溶液
(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是_______________。
(4)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+ FeS2=Fe+2Li2S,正极反应式是___________。
(5)FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25℃,101kPa时:4Fe(s)+ 3O2 (g)=2Fe2O3(s)H=-1648kJ/mol
C(s)+O2(g)=CO2(g)H =-392kJ/mol
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s)H =-1480kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是______________。
(6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为p。将b kg质量分数为c的硫酸加入到a kg烧渣中浸取,铁的浸取率为q,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程,第Ⅲ步应加入FeCO3___________kg。
【答案】Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O BC Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+水解产生H+ FeS2+4e-=Fe+2S2- 4FeCO3(s)+O2(g) =2Fe2O3(s)+ 4CO2(g) H=-256kJ/mol -
【解析】
硫铁矿烧渣用硫酸浸取,过滤后滤液中含有硫酸铁和未反应的硫酸,用活化硫铁矿还原铁离子后过滤,向滤液中加入碳酸亚铁调节溶液pH,过滤后再通入空气,调节溶液的pH,除去溶液中杂质离子,过滤浓缩结晶得到硫酸亚铁晶体。
硫铁矿烧渣用硫酸浸取,过滤后滤液中含有硫酸铁和未反应的硫酸,用活化硫铁矿还原铁离子后过滤,向滤液中加入碳酸亚铁调节溶液pH,过滤后再通入空气,调节溶液的pH,除去溶液中杂质离子,过滤浓缩结晶得到硫酸亚铁晶体。
(1)硫酸和氧化铁反应生成硫酸铁和水,离子方程式为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O。
(2)检验Fe3+是否完全还原即检验还原后的溶液中是否含Fe3+,淀粉碘化钾可以和铁离子反应生成碘单质,碘单质遇淀粉显蓝色;硫氰化钾可以检验铁离子,溶液显红色;KMnO4溶液与Fe3+不反应,不能检验Fe3+;答案选BC。
(3)氧气可以将Fe2+被氧化为Fe3+, Fe3+水解产生H+,使溶液的pH降低。
(4)电池放电时的总反应为4Li+ FeS2=Fe +2Li2S,正极发生得电子的还原反应,所以是二硫化亚铁得到电子生成铁和硫离子,电极反应式为:FeS2+4e-=Fe+2S2-。
(5)将已知热化学方程式编号
①4Fe(s)+ 3O2(g)=2Fe2O3(s)H=-1648kJ/mol
②C(s)+O2(g)=CO2(g)H =-392kJ/mol
③2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s)H =-1480kJ/mol
根据盖斯定律,①-③×2+②×4即得,4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+ 4CO2(g)H=-1648kJ/mol-2×(-1480kJ/mol)+4×(-392kJ/mol)=-256kJ/mol。
(6)氧化铁含量为p,akg烧渣中氧化铁的质量为ap×103g,铁的浸取率为q,则参与反应的氧化铁的质量为ap×103×qg,物质的量为mol;硫酸的物质的量为mol;加入碳酸亚铁,浸取时加入的硫酸,活化硫铁矿还原铁离子时生成的硫酸完全转化为硫酸亚铁,根据FeS2~7Fe2(SO4)3~7Fe2O3,可知参加反应的二硫化亚铁的物质的量为硫酸铁物质的量的,即为mol;根据硫元素守恒,硫酸亚铁的总物质的量=( + )mol;根据铁元素守恒知碳酸亚铁的物质的量= ( + )mol - mol - mol,质量为 [( + )mol - mol - mol] ×116g/mol=()kg。
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【题目】为测定某烃A的分子组成和结构,对这种烃进行以下实验:
①取一定量的该烃,使其充分燃烧后的气体通过装有CaCl2干燥管,干燥管增重7.2g;再通过石灰水,石灰水增重17.6g。
②经测定,该烃(气体)在标准状况下的密度为1.25g·L-1。
现以A为主要原料合成乙酸乙酯,其合成路线如图1所示。
(1)0.1mol该烃A能与 _____g溴发生加成反应;加成产物需 _____mol溴蒸气完全取代;
(2)B中官能团的名称是_____, B可通过加入强氧化剂为_______(任填一种)一步直接氧化为D。
(3)E是常见的高分子材料,写出E的结构简式______;合成E的反应类型______;
(4)某同学用如图2所示的实验装置制取少量乙酸乙酯。实验结束后,试管甲中上层为透明的、不溶于水的油状液体。
①实验开始时,试管甲中的导管不伸入液面下的原因是__________;
②上述实验中饱和碳酸钠溶液的作用是________;
③在实验室利用B和D制备乙酸乙酯的实验中,若用1molB和1molD充分反应,不能生成1mol乙酸乙酯,原因是_____。
(5)比乙酸乙酯相对分子质量大14的酯有_____种结构。
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【题目】中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案,其基本工作原理如图所示,下列说法错误的是( )
A. 该电化学装置中,Pt电极作正极
B. BiVO4电极上的反应式为SO32--2e-+2OH=SO42-+H2O
C. 电子流向:Pt电极→导线→BiVO4电极→电解质溶液→Pt电极
D. Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势
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【题目】已知热化学方程式SO2(g)+1/2O2(g)SO3(g) △H=-98.32kJ·mol-1,在容器中充入2mol SO2和1mol O2充分反应,最终放出的热量
A. 等于196.64kJ B. 等于196.64kJ·mol-1
C. 小于196.64kJ D. 大于196.64kJ
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【题目】下列能用勒夏特列原理解释的是
A.Fe(SCN)3溶液中加入固体KSCN后颜色变深
B.工业上由氢气和氮气合成氨是在较高温度下进行的(合成氨是放热反应)
C.SO2催化氧化成SO3的反应,往往需要使用催化剂
D.H2、I2、HI平衡混和气加压后颜色变深
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【题目】ClO2 是一种高效安全的杀菌消毒剂。用氯化钠电解法生成ClO2的工艺原理示意图如下图, 发生器内电解生成ClO2。下列说法正确的是
A. a气体是氯气,b气体是氢气
B. 氯化钠电解槽内每生成2 mol a气体,转移2mol e-
C. ClO2发生器中阴极的电极反应式为:ClO3- + 2H+ + e-ClO2↑ + H2O
D. 为使a、b气体恰好完全反应,理论上每生产1molClO2需要补充44.8Lb气体(标况下)
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【题目】NA是阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A.0.5 molN4(分子为正四面体结构)含共价键数目为2NA
B.1 L 0.5 mol·L1 Na2S溶液中含阴离子数目小于0.5NA
C.锌与浓硫酸反应生成气体11.2 L(标准状况)时转移电子数目为NA
D.14 g己烯和环己烷的混合物含氢原子数目为3NA
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【题目】以废旧锌锰电池中的黑锰粉(MnO2、MnO(OH)、NH4Cl、少量ZnCl2及炭黑、氧化铁等)为原料制备MnCl2,实现锰的再利用。其工作流程如下:
(1)过程Ⅰ,在空气中加热黑锰粉的目的是除炭、氧化MnO(OH)等。O2氧化MnO(OH)的化学方程式是_______。
(2)溶液a的主要成分为NH4Cl,另外还含有少量ZnCl2等。
① 溶液a呈酸性,原因是______。
② 根据如图所示的溶解度曲线,将溶液a______(填操作),可得NH4Cl粗品。
③ 提纯NH4Cl粗品,有关性质数据如下:
化合物 | ZnCl2 | NH4Cl |
熔点 | 365℃ | 337.8℃分解 |
沸点 | 732℃ | ------------- |
根据上表,设计方案提纯NH4Cl:________。
(3)检验MnSO4溶液中是否含有Fe3+:取少量溶液,加入_______(填试剂和现象),证明溶液中Fe3+沉淀完全。
(4)探究过程Ⅱ中MnO2溶解的适宜条件。
ⅰ.向MnO2中加入H2O2溶液,产生大量气泡;再加入稀H2SO4,固体未明显溶解。
ⅱ.向MnO2中加入稀H2SO4,固体未溶解;再加入H2O2溶液,产生大量气泡,固体完全溶解。
① 用化学方程式表示ⅱ中MnO2溶解的原因:________。
② 解释试剂加入顺序不同,MnO2作用不同的原因:________。
上述实验说明,试剂加入顺序不同,物质体现的性质可能不同,产物也可能不同。
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【题目】将4.6 g金属钠投入到足量水中,得ag溶液;将4.8 g金属镁投入到足量盐酸中,得bg溶液,假设水的质量与盐酸的质量相等,则反应后两溶液的质量关系式为 ( )
A.a=bB.a>b
C.a<bD.无法判断
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