【题目】硫酸锰是一种重要的化工中间体,是锰行业研究的热点。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下:
已知:①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。
②金属离子在水溶液中的平衡浓度与pH的关系如图所示(25℃):
③此实验条件下Mn2+开始沉淀的pH为7.54;离子浓度≤10-5mol·L-1时,离子沉淀完全。
请回答:
(1)传统工艺处理高硫锰矿时,不经“混合焙烧”,而是直接用H2SO4浸出,其缺点为___________。
(2)“氧化”时,发生反应的离子方程式为_________________________________。若省略“氧化”步骤,造成的后果是_________________________________。
(3)“中和除杂”时,生成沉淀的主要成分为______________________(填化学式)。
(4)“氟化除杂”时,若使溶液中的Mg2+和Ca2+沉淀完全,需维持c(F-)不低于___________。(已知:Ksp(MgF2)=6.4×10-10;Ksp(CaF2)=3.6×10-12)
(5)“碳化结晶”时,发生反应的离子方程式为______________________。
(6)“系列操作”指___________、过滤、洗涤、干燥
(7)用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2,电解过程中阳极的电极反应式为___________。
【答案】产生硫化氢等气体,污染环境 MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O Fe2+与Mn2+沉淀区有重叠,造成Mn2+损失(或Fe2+去除不完全,影响产品纯度) Fe(OH)3、Al(OH)3 8×10﹣3 molL﹣1 Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O 蒸发浓缩、冷却结晶 Mn2++2H2O﹣2e﹣=MnO2+4H+
【解析】
高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿混合焙烧,得到MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO,加入硫酸,得到Mn2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、Al3+的酸性溶液,加入二氧化锰将亚铁离子氧化为铁离子便于除去,再加入碳酸钙中和,将铁离子与铝离子以氢氧化物的形式除去,加入MnF2除杂,使溶液中的Mg2+沉淀完全,此时溶液中的金属离子为锰离子,加入碳酸氢铵发生Mn2++2 HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O,加入硫酸溶解碳酸锰,经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸锰的水合物,据此分析解答。
(1)高锰矿含有FeS,传统工艺处理高硫锰矿时,不经“混合焙烧”,而是直接用H2SO4浸出,产生硫化氢等气体,污染环境;故答案为:产生硫化氢等气体,污染环境;
(2)氧化时用二氧化锰氧化亚铁离子,离子方程式为:MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O;若省略“氧化”步骤,根据图表Fe2+与Mn2+沉淀区有重叠,造成Mn2+损失(或Fe2+去除不完全,影响产品纯度);故答案为:MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O;Fe2+与Mn2+沉淀区有重叠,造成Mn2+损失(或Fe2+去除不完全,影响产品纯度);
(3)“中和除杂”时,碳酸钙与铁离子、铝离子水解产生的H+反应,从而促进了水解平衡向正向移动,得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,故答案为:Fe(OH)3、Al(OH)3;
(4)已知:Ksp(MgF2)=6.4×10﹣10,若使溶液中的Mg2+沉淀完全,需维持c(F﹣)不低于mol/L=8×10﹣3 molL﹣1;故答案为:8×10﹣3 molL﹣1;
(5)“碳化结晶”时,发生反应的离子方程式为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O,故答案为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O;
(6)硫酸锰溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸锰的水合物,故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶;
(7)用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2,电解过程中阳极发生氧化反应,元素化合价升高,故为硫酸锰失去电子生成二氧化锰,电极反应式为Mn2++2H2O﹣2e﹣=MnO2+4H+,故答案为:Mn2++2H2O﹣2e﹣=MnO2+4H+。
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【题目】工业上可以利用废气中的CO2为原料制取甲醇,反应方程式为CO2+3H2CH3OH + H2O,请回答下列问题:
(1)已知常温常压下下列反应的能量变化如下图所示:
写出二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式_______________________________。
(2)如果只改变一个条件使上述反应的平衡常数K值变大,则该反应_____________。
A.一定向正反应方向移动 B.在平衡移动时正反应速率先增大后减小
C.一定向逆反应方向移动 D.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
(3)其他条件相同,该甲醇合成反应在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下反应相同的时间后,CO2的转化率随反应温度的变化如图所示:
①在相同条件下,三种催化剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的顺序是____________。
②c点CO2的转化率高于b点,原因是_________________________________。
(4)常温常压下若反应的容器容积为2.0L,反应时间为4.0 min,容器里气体密度减少了2.0 g·,在这段时间内CO2平均反应速率为_____________。反应在t1时达到平衡,在这过程中c(CO2)随时间t变化的曲线如下图所示。保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1 L,请在下图中画出t1后c(CO2)随时间t变化的趋势曲线(假设在t2时达到平衡)_________。
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【题目】A、B、C、D、E、F为中学化学常见的单质或化合物,其中A、F为单质,常温下,E的浓溶液能使铁、铝钝化,相互转化关系如图所示(条件已略去)。完成下列问题:
(1)若A为淡黄色固体,B为气体,F为非金属单质。
①写出E转变为C的化学方程式_____。
②B在空气中能使银器表面失去金属光泽、逐渐变黑,反应的化学方程式为_____。
(2)若B为能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。
①A的电子式为_____。
②做过银镜反应后的试管可用E的稀溶液清洗,反应的离子方程式为_____。
③在干燥状态下,向②反应得到的溶质中通入干燥的氯气,得到N2O5和一种气体单质,写出反应的化学方程式_____。
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【题目】已知A、B、C、D、E五种元素为周期表前20号元素且原子序数依次增大,其中只有A、D为非金属元素。A的气态氢化物溶于水得到的溶液能使酚酞溶液变红。B、C、D的最高价氧化物对应水化物相互之间能够两两反应,且D原子最外层电子数是C原子最外层电子数的2倍。B、E元素同主族。
(1)E在元素周期表中的位置:____________,写出E的最高价氧化物对应水化物与C的单质反应的化学方程式:___________________________________。
(2)A的气态氢化物溶于水后的电离方程式为________________________________。
(3)B单质在空气中燃烧后的产物的电子式为____________,产物中存在的化学键类型有_______________。
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【题目】燃煤及工业废气中的SO2是形成酸雨的主要原因,消除SO2是减少酸雨形成的有效方法。完成下列问题:
(1)已知:4FeS2(s)+11O2(g)═2Fe2O3(s)+8SO2(g)△H=﹣3412.0kJmol﹣1
Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)△H=﹣25.0 kJmol﹣1
2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H=﹣221.0 kJmol﹣1
则2FeS2(s)+7O2(g)+3C(s)═2Fe(s)+3CO2(g)+4SO2(g)△H=_____kJmol﹣1。
(2)碱性NaClO2溶液脱硫法
SO2与碱性NaClO2溶液反应的离子方程式为2SO2+ClO2﹣+4OH﹣2SO42﹣+C1﹣+2H2O,已知pc=﹣lgc(SO2)。在刚性容器中,将含SO2的废气通入碱性NaClO2溶液中,测得pc与温度的关系如图所示。
由图分析可知,该脱硫反应是_____反应(填“放热”或“吸热”);若温度不变,增大压强,该脱硫反应的平衡常数K_____(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)燃料细菌脱硫法
①含FeS2的燃煤可用氧化亚铁硫杆菌(T.f)、氧化亚铁微螺菌(L.f)、氧化硫硫杆菌(T.t)进行脱硫,其脱硫过程如图所示:
已知:脱硫总反应为:FeS2+14Fe3++8H2O═2SO42﹣+15Fe2++16H+,
Ⅰ反应的化学方程式为:FeS2+6Fe3++3H2O═S2O32﹣+7Fe2++6H+;
写出Ⅱ反应的化学方程式_____。
②在上述脱硫反应中,氧化亚铁硫杆菌(T.f)与Fe3+的形成过程可视为下图所示的原电池:
该细胞膜为_____(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。该电池的正极电极反应式为_____。该方法在高温下脱硫效率大大降低,原因是_____。
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【题目】某化学小组研究在其他条件不变时,改变密闭容器中某一条件对A2(g)+3B2(g)2AB3(g) 化学平衡状态的影响,得到如下图所示的曲线(图中T表示温度,n表示物质的量)。下列判断正确的是( )
A. 在T2和n(A2)不变时达到平衡,AB3的物质的量大小 为:c>b>a
B. 若T2>T1,则正反应一定是放热反应
C. 达到平衡时A2的转化率大小为:b>a>c
D. 若T2>T1,达到平衡时b、d点的反应速率为vd>vb
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【题目】稀氨水中存在着下列平衡:NH3·H2ONH4++OH-,若要使平衡向逆反应方向移动,同时使c(OH-)增大,应加入的物质或采取的措施是
①NH4Cl固体;②硫酸;③NaOH固体;④水;⑤加热;⑥加入少量MgSO4固体。
A. ①②③⑤ B. ③⑥ C. ③ D. ③⑤
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【题目】运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
I.CO 还原NO 的脱硝反应:2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g) △H
(1)已知:CO(g)+NO2(g) CO2(g)+NO(g) △H1=-226 kJ·mol-1
N2(g)+2O2(g) 2NO2(g) △H2=+68 kJ·mol-1
N2(g)+O2(g) 2NO(g) △H3=+183 kJ·mol-1
脱硝反应△H=__________,有利于提高NO 平衡转化率的条件是________________(写出两条)。
(2)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂,对CO、NO催化转化进行研究,测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示,
①若不使用CO,温度超过775℃,发现NO的分解率降低,其可能的原因为_________________;在n(NO)/n(CO)=1的条件下,应控制最佳温度在____________左右。
②用CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染,写出C2H6与NO2发生反应的化学方程式:_________。
③NO2尾气常用NaOH溶液吸收,生成NaNO3和NaNO2。已知NO2-的水解常数K=2×10-11,常温下某NaNO2和HNO2混合溶液的pH为5,则混合溶液中c(NO2-)和c(HNO2)的比值为__________。
II.T ℃时,在刚性反应器中发生如下反应:CO(g)+NO2(g) CO2(g)+NO(g),化学反应速率v =k Pm(CO)Pn(NO2),k 为化学反应速率常数。研究表明,该温度下反应物的分压与化学反应速率的关系如下表所示:
(3)若反应初始时P(CO)=P(NO2)=a kPa,反应t min时达到平衡,测得体系中P(NO)=b kPa,则此时v =___________ kPa·s-1(用含有a和b的代数式表示,下同),该反应的化学平衡常数Kp=_____(Kp是以分压表示的平衡常数)。
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