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7.美国科学家理查德-海克和日本科学家根岸英一、铃木彰因在研发“有机合成中的钯催化的交叉偶联”而获得2010年度诺贝尔化学奖.有机合成常用的钯/活性炭催化剂长期使用,催化剂会被杂质(如:铁、有机物等)污染而失去活性,成为废催化剂,需对其再生回收.一种由废钯催化剂制取氯化钯的工艺流程如下:

(1)甲酸在反应中的作用是还原剂(选填:“氧化剂”、“还原剂”).其将PdO转化为钯精渣(Pd)的化学方程式为PdO+HCOOH=Pd+CO2↑+H2O
(2)酸溶时钯精渣中钯的回收率高低主要取决于王水溶解的操作条件,已知反应温度、反应时间和王水用量对钯回收率的影响如图1~图3所示,则王水溶解钯精渣的适宜条件为80~90℃(或90℃左右)、反应时间约为8h、钯精渣与王水的质量比为1:8.

(3)王水是浓硝酸与浓盐酸按体积比1:3混合而成的,王水溶解钯的过程中有化合物A和一种无色、能与人体血红蛋白结合而使人中毒气体B生成.
①气体B的分子式:NO;
②经测定,化合物A由3种元素组成,有关元素的质量分数为Pd:42.4%,H:0.8%,则A的化学式为H2PdCl4
(4)加浓氨水时,钯转变为可溶性[P(NH34]2+,此时铁的存在形式是Fe(OH)3(写化学式).焙烧2发生反应的化学方程式为Pd(NH32Cl2═PdCl2+2NH3↑.

分析 废钯催化剂经烘干后,在700℃的高温下焙烧,C、Fe、Pd、有机物被氧气氧化生成氧化物,向氧化物中加入甲酸,甲酸和氧化铁反应生成盐和水,PdO和甲酸发生氧化还原反应生成Pd,滤渣中含有Pd、SiO2,二氧化硅不溶于王水,但Pd能溶于王水生成溶液,同时生成气体,加入浓氨水调节溶液PH,钯转变为可溶性[Pd(NH34]2+,使铁全部沉淀,溶液中加入盐酸酸析得到沉淀,经过脱氨等一系列操作得当氯化钯.
(1)PdO和甲酸发生氧化还原反应生成Pd,Pd的化合价降低,甲酸还原PdO生成Pd、CO2和H2O;
(2)根据Pd回收率与反应温度、反应时间、钯精渣和王水的质量比的关系确定适宜条件;
(3)①王水是浓硝酸与浓盐酸按体积比1:3混合而成的,硝酸具有氧化性,被还原为NO;
②钯在王水中溶解的过程中有化合物A,A中含有的元素为H、Pb、Cl,Cl的百分含量为1-42.4%-0.8%=56.8%;
(4)加浓氨水时,钯转变为可溶性[Pd(NH34]2+,碱性溶液中铁离子钡沉淀为氢氧化铁,550℃焙烧2的目的是脱氨.

解答 解:废钯催化剂经烘干后,再在700℃的高温下焙烧,Fe、Pd、有机物被氧气氧化生成氧化物,向氧化物中加入甲酸,甲酸和氧化铁反应生成盐和水,PdO和甲酸发生氧化还原反应生成Pd,滤渣中含有Pd、SiO2,二氧化硅不溶于王水,但Pd能溶于王水生成溶液,同时生成气体,加入浓氨水调节溶液PH沉淀铁离子,得到溶液中中加入盐酸酸析得到沉淀Pd(NH32Cl2 ,通过脱氨等一系列操作得当氯化钯.
(1)PdO和甲酸发生氧化还原反应生成Pd,Pb的化合价降低,甲酸作还原剂,PdO和HCOOH发生氧化还原反应生成Pd、CO2和H2O,反应方程式为PdO+HCOOH=Pd+CO2↑+H2O,故答案为:还原剂;PdO+HCOOH=Pd+CO2↑+H2O;
(2)根据图象知,温度越高钯回收率越大,反应时间越长钯回收率越大,钯精渣与王水的质量比越大钯回收率越大,但90℃左右时温度再高钯回收率增大不大;8h后,随着时间的增长,钯回收率增大不大;当钯精渣与王水的质量比为1:8后,再增大钯精渣和王水的质量比,但钯回收率不大,所以适宜条件是80~90℃(或90℃左右)、反应时间约为8 h、钯精渣与王水的质量比为1:8,故答案为:80~90℃(或90℃左右);反应时间约为8h;钯精渣与王水的质量比为1:8;
(3)①王水是浓硝酸与浓盐酸按体积比1:3混合而成的,硝酸具有氧化性,被还原为无色有毒的气体NO,故答案为:NO;  
 ②A中含有的元素为H、Pb、Cl,元素的质量分数分别为Pd:42.4%,H:0.8%,Cl:1-42.4%-0.8%=56.8%,故n(H):n(Pd):n(Cl)=2:1:4,则A的化学式为H2PdCl4,故答案为:H2PdCl4
(4)加浓氨水时,钯转变为可溶性[Pd(NH34]2+,碱性溶液中铁离子钡沉淀为氢氧化铁,脱氨将Pd(NH32Cl2变化为PdCl2,发生反应的化学方程式为Pd(NH32Cl2═PdCl2+2NH3↑,
故答案为:Fe(OH)3;Pd(NH32Cl2═PdCl2+2NH3↑.

点评 本题以Pd的提取为载体考查了工艺流程,涉及化学式的确定、氧化还原反应、图象分析等知识点,明确物质的性质是解本题关键,注意从整体上分析分析解答,知道每一步涉及的反应、物质分离的方法等知识点,结合元素守恒分析解答,题目难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.工业合成氨是利用氮气和氢气在一定条件下反应生成的.氨是重要的工业原料.请回答下列问题:
(1)氮元素在周期表中的位置是第2周期ⅤA族;氮原子结构示意图为
(2)写出氨分子的电子式;指出分子中化学键是共价键(填‘离子键’或‘共价键’).
(3)写成合成氨的化学方程式:N2+3H2$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH3;该反应是放热反应,则相同条件下“1molN2和3molH2”的能量与“2molNH3”的能量较高的是1molN2和3molH2

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

18.用如图示装置制取PCl3,在E中放入足量白磷,将氯气不间断地通入E,氯气与白磷就会发生反应,并放出热量(温度高于75℃).已知:PCl3和PCl5遇水强烈反应,它们熔沸点数据如下:
熔点沸点
PCl3-112℃75℃
PCl5148℃200℃
(1)检查该装置气密性的方法是H接一导管放入水槽,然后微热圆底烧瓶B,若导管口产生气泡,撤灯后导管中形成水柱,说明装置气密性良好.
(2)若发现C中气泡产生过猛,需要进行的操作的关键是用分液漏斗控制滴加液体的量或滴加速率.
(3)前期P过量生成三氯化磷,后期氯气过量生成五氯化磷,从PCl3和PCl5的混合物中分离出PCl3的最佳方法是a(选填序号).
a.蒸馏  b.分液   c.升华
(4)生成的PCl3在G中收集,则F中盛有冷水,作用是使得三氯化磷液化.
(5)C、D、H所盛的试剂分别是:C饱和食盐水;D浓硫酸;H碱石灰.
(6)如果E中反应放热较多,G处的导管可能发生堵塞,其原因是五氯化磷蒸汽冷却后变成固体.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

15.环己酮是重要化工原料,是制造尼龙、己内酰胺和己二酸的主要中间体.实验室常用铬酸氧化环己醇制备,但铬酸较贵且污染环境.某化学兴趣尝试用中学化学更常见的次氯酸钠代替铬酸制备环己酮.有关物质信息、实验流程及实验装置如下:
环己酮:无色或浅黄色透明液体,有强烈的刺激性臭味,密度(相对水=1):0.95,熔点:-45℃,沸点:155℃,溶解度(100mL H2O):2.4g(31℃).
主反应:

(1)回答下列问题:仪器A的名称是三颈烧瓶.
(2)在反应开始的5min,为了将体系温度维持在30~35℃,除了用冰水浴冷却外,采取的措施还有搅拌器搅拌、缓慢滴加NaClO溶液.
(3)加入足量的饱和NaHSO3溶液时发生主要反应是ClO-+HSO3-═Cl-+H++SO42-(用离子方程式表示).
(4)①在实验流程两次蒸馏中都用到沸石防暴沸,下列关于沸石的说法正确的是AD.
A.实验室沸石也可用碎瓷片等代替
B.如果忘加沸石,可速将沸石加至将近沸腾的液体中
C.当重新进行蒸馏时,用过的沸石可继续使用
D.沸石为多孔性物质,可使液体平稳地沸腾
②为将馏出液的pH调至中性,可以加入的试剂是BD.
A.稀盐酸    B.无水碳酸钠     C.浓硫酸     D.氢氧化钠固体
(5)调节pH后还需加入精制食盐,其目的是降低环己酮的溶解度,有利于环己酮分层,“取有机层”时使用的主要仪器是分液漏斗.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.下列装置或操作能达到实验目的是(  )
A.
分离水和CCl4
B.
定容
C.
比较两种盐的热稳定性
D.
构成铜锌原电池

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

12.某研究性学习小组为合成1-丁醇,查阅资料得知一条合成路线:
CH3CH=CH2+CO+H2$\stackrel{一定条件}{→}$CH3CH2CH2CHO$→_{Ni△}^{H_{2}}$ CH3CH2CH2CH2OH;
CO的制备原理:HCOOH$→_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$CO↑+H2O,并设计出原料气的制备装置(如图).
请填写下列空白:
(1)实验室现有锌粒、稀硝酸、稀盐酸、浓硫酸、2-丙醇,从中选择合适的试剂制备氢气、丙烯,写出化学反应方程式:Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑,(CH32CHOH $\stackrel{催化剂}{→}$CH2=CHCH3↑+H2O.
(2)用以上装置制备干燥纯净的CO,装置中a和b的作用分别是恒压,防倒吸.c和d中盛装的试剂分别是NaOH溶液,浓H2SO4
(3)正丁醛经催化加氢得到含少量正丁醛的1-丁醇粗品.为纯化1-丁醇,该小组查阅文献得知:①R-CHO+NaHSO3(饱和)→RCH(OH)SO3Na↓;②沸点:乙醚34℃,1-丁醇 118℃,并设计出如下提纯路线:
粗品$→_{操作1}^{试剂1}$滤液 $→_{操作2分液}^{乙醇}$有机层 $→_{过滤}^{干燥剂}$ 1-丁醇、乙醚$\stackrel{操作3}{→}$ 纯品
试剂1为饱和NaHSO3溶液,操作1为过滤,操作2为萃取,操作3为蒸馏.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

19.实验室制备1,2-二溴乙烷的反应原理如下:
CH3CH2OH$→_{170℃}^{H_{2}SO_{4}(浓)}$CH2=CH2,CH2=CH2+Br2→BrCH2CHBr
可能存在的主要副反应有:乙醇在浓硫酸的存在下在l40℃脱水生成乙醚.用少量的溴和足量的乙醇制备1,2-二溴乙烷的装置如图所示,有关数据列表如下:
    乙醇1,2-二溴乙烷    乙醚
    状态  无色液体   无色液体  无色液体
密度/g•cm-3    0.79    2.2    0.71
  沸点/℃    78.5    132    34.6
  熔点/℃    一l30    9-1l6
回答下列问题:
(1)实验中制得的1,2-二溴乙烷的产量比理论值低的原因可能是A中反应温度没有迅速升高到170℃,部分乙醇生成了乙醚;A中反应温度过高,乙醇被浓硫酸氧化,生成乙烯的物质的量偏少;A中反应反应速率过快,导致乙烯通入的流速过快反应不充分.(至少写出两种)
(2)判断该制备反应已经结束的最简单方法是溴的颜色完全褪去;
(3)若产物中有少量未反应的Br2,最好用d洗涤除去;(填正确选项前的字母)
a.水    b.氢氧化钠溶液    c.碘化钠溶液    d.饱和碳酸钠溶液
(4)将1,2-二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水,振荡后静置,产物应在下层(填“上”、“下”);依据是1,2-二溴乙烷的密度大于水
(5)若产物中有少量副产物乙醚.可用蒸馏的方法除去,理由是1,2-二溴乙烷的沸点132℃大于乙醚的沸点34.6℃,乙醚以气态被分离出去
(6)装置D若使用冰水冷却,则B中的主要现象是玻璃导管中的液面会升高,甚至溢出.
(7)请指出该实验装置的一处不足的地方缺乏尾气处理装置.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

16.4,7-二甲基香豆素(熔点:132.6℃)是一种重要的香料,广泛分布于植物界中,由间-甲苯酚为原料的合成反应如下:

实验装置图如图:

主要实验步骤:
步骤1:向装置a中加入60mL浓硫酸,并冷却至0℃以下,搅拌下滴入间-甲苯酚30mL(0.29mol)和乙酰乙酸乙酯26.4mL (0.21mol)的混合物.
步骤2:保持在10℃下,搅拌12h,反应完全后,将其倒入冰水混合物中,然后抽滤、水洗得粗产品
步骤3:粗产品用乙醇溶解并重结晶,得白色针状晶体并烘干,称得产品质量为33.0g.
(1)简述装置b中将活塞上下部分连通的目的平衡上下气压,使漏斗中液体顺利流下.
(2)浓H2SO4需要冷却至0℃以下的原因是防止浓H2SO4将有机物氧化或炭化.
(3)反应需要搅拌12h,其原因是使反应物充分接触反应,提高反应产率.
(4)本次实验产率为89.0%(百分数保留一位小数).
(5)实验室制备乙酸乙酯的化学反应方程式CH3CH2OH+CH3COOHCH3COOCH2CH3+H2O,用饱和的碳酸钠溶液(填药品名称)收集粗产品,用分液(填操作名称)的方法把粗产品分离.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

17.盐X与氢氧化钠共热,可放出无色气体Y,Y经一系列氧化后再溶于水可得Z溶液,Y和Z溶液反应又生成X,则X可能是下列中的(  )
A.NH4HCO3B.NH4NO3C.(NH42SO4D.NH4Br

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