Question

【題目】工業(yè)上用重鉻酸鈉(Na2Cr2O7)結(jié)晶后的母液(含少量雜質(zhì)Fe3+)生產(chǎn)重鉻酸鉀 (K2Cr2O7)，其工藝流程及相關(guān)物質(zhì)溶解度曲線如下圖所示。

（1）向Na2Cr2O7母液中加堿液調(diào)pH的目的是_____________________。

（2）通過(guò)冷卻結(jié)晶析出大量K2Cr2O7的原因是________________________________。

（3）固體A的主要成分為__________（填化學(xué)式），用熱水洗滌固體A，回收的洗滌液轉(zhuǎn)移到母液___________(填“I”“Ⅱ”或“Ⅲ”)中，既能提高產(chǎn)率又可使能耗降低。固體B的主要成分為___________________（填化學(xué)式）。

（4）測(cè)定產(chǎn)品中K2Cr2O7含量的方法如下：稱(chēng)取產(chǎn)品試樣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(鉻的還原產(chǎn)物為Cr3+)，放置于暗處5 min，然后加入100 mL蒸餾水、3 mL 淀粉指示劑，用0.1200 mol·L-l Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定(已知I2+ 2S2O32-=2I-+S4O62-)。

①酸性溶液中KI 與K2Cr2O7反應(yīng)的離子方程式為_____________________________。

②若實(shí)驗(yàn)中共用去Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液40.00 mL，則所得產(chǎn)品中重鉻酸鉀的純度為__________%( 保留2 位小數(shù)，設(shè)整個(gè)過(guò)程中其他雜質(zhì)不參與反應(yīng))。進(jìn)一步提純產(chǎn)品的方法是___________________。

（5）+6價(jià)Cr的毒性很高，工業(yè)上用電解法來(lái)處理含Cr2O72-的廢水。下圖為電解裝置示意圖，電極材料分別為鐵和石墨。通電后，Cr2O72-在b極附近轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Cr3+，一段時(shí)間后Cr3+最終可在a 極附近變成Cr(OH)3沉淀而被除去。

①在以上處理過(guò)程中，Cr2O72-轉(zhuǎn)化為毒性較低的Cr3+的離子方程式為________________________。

②a電極的電極反應(yīng)式是是____________________；電解一段時(shí)間后在陰極區(qū)有Fe(OH)3和Gr(OH)3沉淀生成，若電解后的溶液中c(Cr3+)為3×10-5mol·L-1，則溶液中c(Fe3+)為____________ 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+ 低溫下K2Cr2O7的溶解度遠(yuǎn)小于其他組分，且隨溫度的降低，K2Cr2O7的溶解度明顯減小 NaCl Ⅱ K2Cr2O7 Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O 94.08 重結(jié)晶 Cr2O72-+6Fe2++ 14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O 2H++2e-=H2↑ 2×10-12

【解析】考查化學(xué)工藝流程，（1）根據(jù)題目信息，母液中含有少量的Fe3＋，加堿液的目的是除去Fe3＋；（2）根據(jù)溫度與溶解度的關(guān)系，K2Cr2O7的溶解度受溫度的影響較大，低溫時(shí)K2Cr2O7的溶解度遠(yuǎn)小于其他組分，且溫度降低，K2Cr2O7的溶解度受溫度的影響較大；（3）母液I中加入KCl，發(fā)生Na2Cr2O7＋KCl=K2Cr2O7＋NaCl，采用冷卻降溫得到K2Cr2O7固體，即母液II中含有大量的NaCl，因此蒸發(fā)濃縮得到的固體是NaCl；冷卻結(jié)晶中有大量的K2Cr2O7析出，但溶液中含有少量的K2Cr2O7，蒸發(fā)濃縮時(shí)，NaCl表面附著一部分K2Cr2O7，為了提高產(chǎn)率又可使能耗降低，因此需要把洗滌液轉(zhuǎn)移到母液II中，達(dá)到類(lèi)似富集的目的；因此固體B的主要成分是K2Cr2O7；（4）①根據(jù)操作，得出K2Cr2O7作氧化劑，本身被還原成Cr3＋，I－被氧化成I2，因此有Cr2O72－＋I(xiàn)－→Cr3＋＋I(xiàn)2，然后采用化合價(jià)升降法、原子守恒配平即可，離子方程式為Cr2O72－+6I－+14H＋=2Cr3＋+3I2+7H2O；②根據(jù)離子方程式，得出關(guān)系式為Cr2O72－～3I2～6S2O32－，則求出樣品中K2Cr2O7的質(zhì)量為=2.352g，純度為2.352/2.500×100%=94.08%；進(jìn)一步提純需要重新溶解，冷卻結(jié)晶，此方法叫重結(jié)晶；（5）①b電極為陽(yáng)極，應(yīng)是失去電子，化合價(jià)應(yīng)升高，而Cr2O72－中Cr的化合價(jià)降低，因此b電極為鐵，此電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，然后利用Cr2O72－的氧化性，與Fe2＋發(fā)生反應(yīng)，離子反應(yīng)方程方式為Cr2O72－+6Fe2＋+ 14H＋=2Cr3＋+6Fe3＋+7H2O；②根據(jù)①的分析，a電極為陰極，電極反應(yīng)式為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。

點(diǎn)睛：氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)是學(xué)生的一個(gè)難點(diǎn)，學(xué)生往往找不出反應(yīng)物或生成物，或者溶液的環(huán)境選錯(cuò)，這是對(duì)題的理解上不透徹，如本題的(5)①根據(jù)信息，Cr2O72－在b極附近轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Cr3＋，b極為陽(yáng)極，陽(yáng)極上失去電子化合價(jià)升高，而現(xiàn)在Cr的化合價(jià)降低，因此只能說(shuō)明b極的材料是Fe，F(xiàn)e－2e－=Fe2＋，然后還原Cr2O7－，因此有Cr2O72－＋Fe2＋→Fe3＋＋Cr3＋，根據(jù)化合價(jià)升降法進(jìn)行配平，即Cr2O72－＋6Fe2＋→2Cr3＋＋6Fe3＋，F(xiàn)e2＋、Fe3＋、Cr3＋不與OH－大量共存，因此溶液顯酸性，根據(jù)反應(yīng)前后所帶電荷數(shù)守恒、原子守恒進(jìn)行配平即可。

【題型】綜合題
【結(jié)束】
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【題目】“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題，為了減少空氣中的溫室氣體，并且充分利用二氧化碳資源，科學(xué)家們?cè)O(shè)想了一系列捕捉和封存二氧化碳的方法。

（1）有科學(xué)家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：

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

①上述反應(yīng)中每生成1 mol Fe3O4，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為_______mol。

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

（2）用氨水捕集煙氣中的CO2生成銨鹽是減少CO2排放的可行措施之一。

①分別用不同pH的吸收劑吸收煙氣中的CO2，CO2脫除效率與吸收劑的pH關(guān)系如圖所示，若煙氣中CO2的含量（體積分?jǐn)?shù)）為12％，煙氣通入氨水的流量為0.052 m3·h-1(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，用pH為12.81的氨水吸收煙氣30min，脫除的CO2的物質(zhì)的量最多為____________(精確到0.01)。

②通常情況下溫度升高，CO2脫除效率提高，但高于40℃時(shí)，脫除CO2效率降低的主要原因是______________。

（3）一定條件下，Pd-Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”從而變廢為寶，其反應(yīng)機(jī)理如圖所示。

①該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________；反應(yīng)過(guò)程中碳元素的化合價(jià)為-2價(jià)的中間體是_________________。

②向一容積為2 L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為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的平衡轉(zhuǎn)化率為_________________；300℃時(shí)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________________。

③已知該反應(yīng)正反應(yīng)放熱，現(xiàn)有兩個(gè)相同的恒容絕熱(與外界無(wú)熱量交換)密閉容器Ⅰ、Ⅱ，在Ⅰ中充入1molCO2和4molH2，在Ⅱ中充入1molCH4和2molH2O(g)，300℃下開(kāi)始反應(yīng)。達(dá)到平衡時(shí)，下列說(shuō)法正確的是___________________(填字母)。

A.Ⅰ、Ⅱ中正反應(yīng)速率相同

B.容器Ⅰ、Ⅱ中CH4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同

C.容器Ⅰ中CO2的物質(zhì)的量比容器Ⅱ中的多

D.容器Ⅰ中CO2的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CH4的轉(zhuǎn)化率之和小于1

Answer 1

【答案】 2 +18.7kJ·mol-1 0.13mol 碳酸氫銨受熱分解生成二氧化碳，氨水受熱揮發(fā) CO2+4H2CH4+2H2O MgOCH2 80% 25 CD

【解析】（1）考查得失電子的計(jì)算、熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，①根據(jù)反應(yīng)方程式，只有CO2中C的化合價(jià)降低，生成1molFe3O4時(shí)消耗0.5molCO2，即轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為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）考查化學(xué)計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)控制條件，①pH=12.81，此時(shí)的CO2脫除效率為91.6%，脫除CO2的物質(zhì)的量最多為mol=0.13mol；②氨水受熱易揮發(fā)，溫度過(guò)高，造成氨水揮發(fā)，吸收CO2的量減少，CO2與NH3反應(yīng)后生成NH4HCO3，NH4HCO3受熱分解，造成CO2脫除效率降低；（3）考查化學(xué)平衡的計(jì)算、勒夏特列原理，①根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，整個(gè)過(guò)程中加入物質(zhì)是CO2和H2，生成的是CH4和H2O，因此反應(yīng)方程式為CO2+4H2CH4+2H2O；Mg為＋2價(jià)，H為＋1價(jià)，O為－2價(jià)，因此表現(xiàn)－2價(jià)的中間體為MgOCH2；② CO2+4H2CH4+2H2O

平衡： 0.2 0.8 0.8 1.6

變化：0.8 3.2 0.8 1.6

起始：1 4 0 0，CO2的轉(zhuǎn)化率為0.8/1×100%=80%；根據(jù)平衡常數(shù)的定義，K==25；③A、正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)I是向正反應(yīng)方向進(jìn)行，溫度升高，化學(xué)速率快，反應(yīng)II是向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，溫度降低，化學(xué)反應(yīng)速率變緩，故A錯(cuò)誤；B、反應(yīng)I向正反應(yīng)方向進(jìn)行，溫度升高，容器為恒容絕熱，對(duì)向正反應(yīng)方向進(jìn)行起到抑制，因此兩個(gè)容器中CH4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，故B錯(cuò)誤；C、根據(jù)B選項(xiàng)分析，故C正確；D、如果容器是恒溫恒容，則CO2的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)II中CH4的轉(zhuǎn)化率之和為1，因?yàn)槭呛闳萁^熱容器，轉(zhuǎn)化率都要降低，因此兩者轉(zhuǎn)化率的和小于1，故D正確。