Question

【题目】工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)结晶后的母液(含少量杂质Fe3+)生产重铬酸钾 (K2Cr2O7)，其工艺流程及相关物质溶解度曲线如下图所示。

（1）向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是_____________________。

（2）通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是________________________________。

（3）固体A的主要成分为__________（填化学式），用热水洗涤固体A，回收的洗涤液转移到母液___________(填“I”“Ⅱ”或“Ⅲ”)中，既能提高产率又可使能耗降低。固体B的主要成分为___________________（填化学式）。

（4）测定产品中K2Cr2O7含量的方法如下：称取产品试样2.500 g 配成250 mL溶液，用移液管取出25.00 mL于碘量瓶中，加入10 mL 2 mol·L-l H2SO4溶液和足量KI溶液(铬的还原产物为Cr3+)，放置于暗处5 min，然后加入100 mL蒸馏水、3 mL 淀粉指示剂，用0.1200 mol·L-l Na2S2O3标准溶液滴定(已知I2+ 2S2O32-=2I-+S4O62-)。

①酸性溶液中KI 与K2Cr2O7反应的离子方程式为_____________________________。

②若实验中共用去Na2S2O3标准溶液40.00 mL，则所得产品中重铬酸钾的纯度为__________%( 保留2 位小数，设整个过程中其他杂质不参与反应)。进一步提纯产品的方法是___________________。

（5）+6价Cr的毒性很高，工业上用电解法来处理含Cr2O72-的废水。下图为电解装置示意图，电极材料分别为铁和石墨。通电后，Cr2O72-在b极附近转变为Cr3+，一段时间后Cr3+最终可在a 极附近变成Cr(OH)3沉淀而被除去。

①在以上处理过程中，Cr2O72-转化为毒性较低的Cr3+的离子方程式为________________________。

②a电极的电极反应式是是____________________；电解一段时间后在阴极区有Fe(OH)3和Gr(OH)3沉淀生成，若电解后的溶液中c(Cr3+)为3×10-5mol·L-1，则溶液中c(Fe3+)为____________ mol·L-1。已知：Ksp=[Fe(OH)3]=4.0×10-38，K[Cr(OH)3]=6.0×10-31。

【答案】 除去Fe3+ 低温下K2Cr2O7的溶解度远小于其他组分，且随温度的降低，K2Cr2O7的溶解度明显减小 NaCl Ⅱ K2Cr2O7 Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O 94.08 重结晶 Cr2O72-+6Fe2++ 14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O 2H++2e-=H2↑ 2×10-12

【解析】考查化学工艺流程，（1）根据题目信息，母液中含有少量的Fe3＋，加碱液的目的是除去Fe3＋；（2）根据温度与溶解度的关系，K2Cr2O7的溶解度受温度的影响较大，低温时K2Cr2O7的溶解度远小于其他组分，且温度降低，K2Cr2O7的溶解度受温度的影响较大；（3）母液I中加入KCl，发生Na2Cr2O7＋KCl=K2Cr2O7＋NaCl，采用冷却降温得到K2Cr2O7固体，即母液II中含有大量的NaCl，因此蒸发浓缩得到的固体是NaCl；冷却结晶中有大量的K2Cr2O7析出，但溶液中含有少量的K2Cr2O7，蒸发浓缩时，NaCl表面附着一部分K2Cr2O7，为了提高产率又可使能耗降低，因此需要把洗涤液转移到母液II中，达到类似富集的目的；因此固体B的主要成分是K2Cr2O7；（4）①根据操作，得出K2Cr2O7作氧化剂，本身被还原成Cr3＋，I－被氧化成I2，因此有Cr2O72－＋I－→Cr3＋＋I2，然后采用化合价升降法、原子守恒配平即可，离子方程式为Cr2O72－+6I－+14H＋=2Cr3＋+3I2+7H2O；②根据离子方程式，得出关系式为Cr2O72－～3I2～6S2O32－，则求出样品中K2Cr2O7的质量为=2.352g，纯度为2.352/2.500×100%=94.08%；进一步提纯需要重新溶解，冷却结晶，此方法叫重结晶；（5）①b电极为阳极，应是失去电子，化合价应升高，而Cr2O72－中Cr的化合价降低，因此b电极为铁，此电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，然后利用Cr2O72－的氧化性，与Fe2＋发生反应，离子反应方程方式为Cr2O72－+6Fe2＋+ 14H＋=2Cr3＋+6Fe3＋+7H2O；②根据①的分析，a电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑；Cr3＋和Fe3＋共存在同一溶液中，因此有，解得c(Fe3＋)=2.0×10－12mol·L－1。

点睛：氧化还原反应方程式的书写是学生的一个难点，学生往往找不出反应物或生成物，或者溶液的环境选错，这是对题的理解上不透彻，如本题的(5)①根据信息，Cr2O72－在b极附近转变为Cr3＋，b极为阳极，阳极上失去电子化合价升高，而现在Cr的化合价降低，因此只能说明b极的材料是Fe，Fe－2e－=Fe2＋，然后还原Cr2O7－，因此有Cr2O72－＋Fe2＋→Fe3＋＋Cr3＋，根据化合价升降法进行配平，即Cr2O72－＋6Fe2＋→2Cr3＋＋6Fe3＋，Fe2＋、Fe3＋、Cr3＋不与OH－大量共存，因此溶液显酸性，根据反应前后所带电荷数守恒、原子守恒进行配平即可。

【题型】综合题
【结束】
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【题目】“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题，为了减少空气中的温室气体，并且充分利用二氧化碳资源，科学家们设想了一系列捕捉和封存二氧化碳的方法。

（1）有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相关热化学方程式如下：

6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) ΔH=-76.0 kJ·mol-1

①上述反应中每生成1 mol Fe3O4，转移电子的物质的量为_______mol。

②已知：C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H=+113.4kJ·mol-1，则反应：3FeO(s)+ H2O(g)= Fe3O4(s)+ H2(g)的△H=__________。

（2）用氨水捕集烟气中的CO2生成铵盐是减少CO2排放的可行措施之一。

①分别用不同pH的吸收剂吸收烟气中的CO2，CO2脱除效率与吸收剂的pH关系如图所示，若烟气中CO2的含量（体积分数）为12％，烟气通入氨水的流量为0.052 m3·h-1(标准状况)，用pH为12.81的氨水吸收烟气30min，脱除的CO2的物质的量最多为____________(精确到0.01)。

②通常情况下温度升高，CO2脱除效率提高，但高于40℃时，脱除CO2效率降低的主要原因是______________。

（3）一定条件下，Pd-Mg/SiO2催化剂可使CO2“甲烷化”从而变废为宝，其反应机理如图所示。

①该反应的化学方程式为______________________；反应过程中碳元素的化合价为-2价的中间体是_________________。

②向一容积为2 L的恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO2：0.2 mol·L-1、H2：0.8 mol·L-1、CH4：0.8 mol·L-1、H2O：1.6 mol·L-1，CO2的平衡转化率为_________________；300℃时上述反应的平衡常数K=___________________。

③已知该反应正反应放热，现有两个相同的恒容绝热(与外界无热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ，在Ⅰ中充入1molCO2和4molH2，在Ⅱ中充入1molCH4和2molH2O(g)，300℃下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是___________________(填字母)。

A.容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同

B.容器Ⅰ、Ⅱ中CH4的物质的量分数相同

C.容器Ⅰ中CO2的物质的量比容器Ⅱ中的多

D.容器Ⅰ中CO2的转化率与容器Ⅱ中CH4的转化率之和小于1

Answer 1

【答案】 2 +18.7kJ·mol-1 0.13mol 碳酸氢铵受热分解生成二氧化碳，氨水受热挥发 CO2+4H2CH4+2H2O MgOCH2 80% 25 CD

【解析】（1）考查得失电子的计算、热化学反应方程式的计算，①根据反应方程式，只有CO2中C的化合价降低，生成1molFe3O4时消耗0.5molCO2，即转移电子物质的量为0.5×4mol=2mol；②6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) ①，C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) ②，(①＋②)/2，得出△H=(－76.0＋113.4)/2kJ·mol－1=＋18.7kJ·mol－1；（2）考查化学计算、化学反应控制条件，①pH=12.81，此时的CO2脱除效率为91.6%，脱除CO2的物质的量最多为mol=0.13mol；②氨水受热易挥发，温度过高，造成氨水挥发，吸收CO2的量减少，CO2与NH3反应后生成NH4HCO3，NH4HCO3受热分解，造成CO2脱除效率降低；（3）考查化学平衡的计算、勒夏特列原理，①根据反应机理，整个过程中加入物质是CO2和H2，生成的是CH4和H2O，因此反应方程式为CO2+4H2CH4+2H2O；Mg为＋2价，H为＋1价，O为－2价，因此表现－2价的中间体为MgOCH2；② CO2+4H2CH4+2H2O

平衡： 0.2 0.8 0.8 1.6

变化：0.8 3.2 0.8 1.6

起始：1 4 0 0，CO2的转化率为0.8/1×100%=80%；根据平衡常数的定义，K==25；③A、正反应是放热反应，反应I是向正反应方向进行，温度升高，化学速率快，反应II是向逆反应方向进行，向吸热反应方向进行，温度降低，化学反应速率变缓，故A错误；B、反应I向正反应方向进行，温度升高，容器为恒容绝热，对向正反应方向进行起到抑制，因此两个容器中CH4的质量分数不同，故B错误；C、根据B选项分析，故C正确；D、如果容器是恒温恒容，则CO2的转化率与反应II中CH4的转化率之和为1，因为是恒容绝热容器，转化率都要降低，因此两者转化率的和小于1，故D正确。