【题目】硫酸铅可用于铅蓄电池、纤维增重剂、涂料分析试剂。工业上通常用方铅矿(主要成分为PbS)生产硫酸铅。工艺流程如下:
已知:
①25℃,Ksp(PbS)=1.0×10-28,Ksp(PbCl2)=1.6×10-5
②PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq) △H>0
③Fe3+以氢氧化物形式开始沉淀时的pH值为1.9
(1)由于Ksp(PbS)﹤Ksp(PbCl2),PbS+2HClPbCl2+H2S的反应程度很小,加入FeCl3能增大反应程度,原因是____________________;步骤①反应过程中可观察到有淡黄色固体生成,总反应的离子方程式为_____________________;该步骤需控制溶液的pH<1.9,主要目的是_______________________。
(2)步骤②中饱和食盐水的作用是_________________________。
(3)步骤③中滤液A经过蒸发浓缩、用冰水浴冷却结晶后,还需进行的操作是__________(填操作名称)。
(4)步骤④中,若加入稀硫酸充分反应后所得悬浊液中c(Cl-)=1.0mol·L-1,则c(SO42-)=________[Ksp(PbSO4)=1.6×10-8]。步骤⑤中滤液B用适量试剂X处理后可循环利用,试剂X应选用下列中的_____(填标号)。
a.HNO3 b.Cl2 c.H2O2 d.铁粉
(5)炼铅和用铅都会使水体因重金属铅的含量增大而造成严重污染。水溶液中铅的存在形态主要有Pb2+、Pb(OH)+、Pb(OH)2、Pb(OH)3-、Pb(OH)42-。各形态的铅浓度分数x与溶液pH变化的关系如图所示:
①探究Pb2+的性质:向含Pb2+的溶液中逐滴滴加NaOH溶液后先变浑浊,继续滴加NaOH溶液又变澄清,pH为13~14时,溶液中发生的主要反应的离子方程式为__________________。
②除去溶液中的Pb2+:科研小组用一种新型试剂(DH)“捕捉”金属离子,从而去除水中的痕量铅和其他杂质离子,实验结果记录如下:
离子 | Pb2+ | Ca2+ | Fe3+ | Mn2+ |
处理前浓度/(mg·L-l) | 0.100 | 29.8 | 0.12 | 0.087 |
处理后浓度/(mg· L-1) | 0.004 | 22.6 | 0.04 | 0.053 |
若新型试剂(DH)在脱铅过程中主要发生的反应为:2DH(s)+Pb2+(aq)D2Pb(s)+2H+(aq),则脱铅时最合适的pH约为_____________。该实验中铅的脱除率为_________________。
【答案】 Fe3+将H2S氧化,使平衡正向移动 PbS+2Fe3++2Cl-=PbCl2+2Fe2++S 防止Fe3+水解形成沉淀 将PbCl2固体转化为PbCl42-而溶解 过滤、洗涤(或过滤、洗涤、干燥) 1.0×10-3 mol·L-1 b或c或bc Pb(OH)3-+OH-=Pb(OH)42- 6 96%
【解析】分析:本题以方铅矿为原料生产硫酸铅的流程为载体,考查流程的分析、外界条件对化学平衡的影响、离子方程式的书写、溶液pH的控制、基本实验操作、溶度积的计算、图像的分析、Fe3+和Fe2+的相互转化。方铅矿中的PbS与盐酸和FeCl3加热搅拌反应生成PbCl2、S和FeCl2;根据已知②,步骤②中加入饱和食盐水,PbCl2转化为PbCl42-进入滤液A中,滤液A中主要含Fe2+、PbCl42-、Na+、Cl-;由于反应PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq)的ΔH
0,步骤③中滤液A经蒸发浓缩、冰水浴冷却结晶,PbCl42-又转化成PbCl2晶体,经过滤得到的滤液B中主要含Fe2+、Na+、Cl-;步骤④PbCl2晶体中加入稀硫酸实现沉淀的转化得到PbSO4晶体;步骤⑤中加入的试剂X将Fe2+氧化成Fe3+,循环利用。
详解:(1)由于Ksp(PbS)Ksp(PbCl2),PbS+2HCl
PbCl2+H2S的反应程度很小,加入FeCl3能增大反应程度的原因是:FeCl3与H2S发生反应:2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+,H2S浓度减小,使平衡向正反应方向移动。步骤①反应过程中可观察到有淡黄色固体生成,该淡黄色固体为S,总反应的离子方程式为PbS+2Fe3++2Cl-=PbCl2+S+2Fe2+。Fe3+以氢氧化物形式开始沉淀时的pH为1.9,该步骤需控制溶液的pH
1.9,主要目的是:防止Fe3+水解形成沉淀。
(2)根据已知②,步骤②中饱和食盐水的作用是:增大c(Cl-),将PbCl2固体转化为PbCl42-而溶解。
(3)步骤③中滤液A经蒸发浓缩、冰水浴冷却结晶,滤液中PbCl42-又转化为PbCl2固体,还需进行的操作是:过滤、洗涤、干燥。
(4)步骤④中的反应为PbCl2(s)+SO42-(aq)PbSO4(s)+2Cl-(aq),该反应的平衡常数K=
=
=
=
=103,当c(Cl-)=1.0mol/L,c(SO42-)=c2(Cl-)
103=1.0
10-3mol/L。滤液B中主要含Fe2+、Na+、Cl-;滤液B加入适量X处理后进入步骤①循环利用,试剂X具有氧化性,能将Fe2+氧化成Fe3+。a项,HNO3能将Fe2+氧化成Fe3+,HNO3被还原成NO,NO污染大气,a项不行;b项,Cl2能将Fe2+氧化成Fe3+,自身被还原成Cl-,b项可以;c项,H2O2能将Fe2+氧化成Fe3+,自身被还原成H2O,c项可以;d项,铁粉不能将Fe2+氧化成Fe3+,d项不行;答案选b或c或bc。
(5)①根据图像,pH为13~14时,随着NaOH的滴入,铅的主要形态的变化是Pb(OH)3-明显减少,Pb(OH)42-明显增多,pH为13~14时,溶液中发生的主要反应的离子方程式为Pb(OH)3-+OH-=Pb(OH)42-。
②脱铅过程中主要发生的反应为:2DH(s)+Pb2+(aq)D2Pb(s)+2H+(aq),pH小于6时上述脱铅反应被抑制;pH为6时,铅的主要存在形态为Pb2+,最有利于脱铅反应;pH大于6时,铅还有Pb(OH)+、Pb(OH)2、Pb(OH)3-、Pb(OH)42-等其他形态,Pb2+的浓度分数减小,不利于Pb2+的“捕捉”;故脱铅时最合适pH约为6。该实验中铅的脱除率为
100%=96%。
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【题目】“绿水青山就是金山银山”,研究NO2、NO、CO、NO2-、碳氢化合物大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。
(1)已知:汽车尾气中的CO、NOx、碳氮化合物是大气污染物。使用稀土等催化剂能将CO、NO转化成无毒物质。
已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.5kJ/mol K1(该反应的平衡常数)
2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=-221kJ/mol K2(同上)
C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=-393.5kJ/mol K3(同上)
写出NO(g)与CO(g)催化转化成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式_________,以及该热化学方程式的平衡常数K=________(用K1、K2、K3表示)
(2)污染性气体NO2与CO在一定条件下的反应为:2NO2+4CO4CO2+N2 △H=-1200kJ/mol。
①某温度下,在2L密闭容器中充入0.lmolNO和02m1CO,此时容器的压强为1个大气压,5秒时反应达到平衡时,容器的压强变为原来的29/30,则反应开始到平衡时NO2的平均反应速率v(NO2)=_________mol/(L·s)。
②若此温度下,某时刻测得NO2、CO、CO2、N2的浓度分别为1mol/L、0.4mol/L、0.lmol/L、amol/L,要使反应向逆反应方向进行,a的取值范围_________。
③能使该反应的反应速率增大,且平衡向逆反应方向移动的是_______。
A.及时分离出CO2 B.适当升高温度
C.减小容器体积使体系压强增大 D.选择高效催化剂
(3)电化学降解NO2-的原理如下图:
①电源的正极是___(填A或B),阴极反应式为___________。
②若电解过程中转移了3mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差为______g。
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【题目】用短线“—”表示共用电子对,用“··”表示未成键孤电子对的式子叫路易斯结构式。R分子的路易斯结构式可以表示为则以下叙述错误的是( )
A. R为三角锥形 B. R可以是BF3
C. R是极性分子 D. 键角小于109°28′
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【题目】X、Y、Z、Q为短周期非金属元素,R是长周期元素。X原子的电子占据2个电子层且原子中成对电子数是未成对电子数的2倍;Y的基态原子有7种不同运动状态的电子;Z元素在地壳中含量最多;Q是电负性最大的元素;R+只有三个电子层且完全充满电子。
请回答下列问题:(答题时,X、Y、Z、Q、R用所对应的元素符号表示)
(1)R的基态原子的电子排布式为________。
(2)X、Y、Z三种元素第一电离能从大到小顺序为______________________。
(3)已知Y2Q2分子存在如下所示的两种结构(球棍模型,短线不一定代表单键):
①该分子中两个Y原子之间的键型组合正确的是________。
A.仅1个σ键
B.1个σ键和2个π键
C.1个σ键和1个π键
D.仅2个σ键
②该分子中Y原子的杂化方式是______________________。
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【题目】金刚烷(Ⅰ)、乙二醛、丙二醛均是化工原料,某小组设计的合成路线如下:
已知:
①2R-Br+2NaR-R+2NaBr
②B的核磁共振氢谱只有1个吸收峰
③
④
回答下列问题:
(1)A的化学名称为_____________; D的结构简式为__________________;I的分子式为__________________。
(2)B→C的化学方程式_________________;E→F的化学方程式为_______________。该反应类型为________________。
(3)G的芳香族同分异构体中,苯环上的取代基数目小于3且能使溴的四氯化碳溶液褪色的共有_______种(不含立体异构);其中核磁共振氢谱有5组峰,且峰面积比为6:2:2:1:1的是_________________(写结构简式)。
(4)写出用环戊二烯和乙烯为原料制备化合物的合成路线____________(其他试剂任选)。
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【题目】室温下,用相同浓度的NaOH溶液分别滴定浓度均为0.10mol·L-1的三种酸(HA、HB和HD)溶液,滴定的曲线如图所示。下列判断不正确的是
A. 三种酸的电离平衡常数:K(HA)>K(HB)>K(HD)
B. 滴定至M点时,溶液中:c(B-)>c(Na+)>c(HB)>cH+)>c(OH-)
C. pH=7时,三种溶液中:c(A-)>c(B-)>c(D-)
D. 当中和百分数达到100%时,三种溶液中:c(HA)>c(HB)>c(HD)
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【题目】硼及其化合物在耐高温合金工业、催化剂制造、高能燃料等方面有广泛应用。
(1)硼基态原子的电子排布式为_____。硼和铝可分别形成[BF4]-和[AlF6]3-,[BF4]-的空间构型为___,硼元素不可能形成[BF6]3-的原因是________________。
(2)B2H6是一种高能燃料,它与Cl2反应生成的BCl3可用于半导体掺杂工艺及高纯硅制造。由第二周期元素组成的与BCl3互为等电子体的阴离子为________,该阴离子的中心原子杂化方式为_________。
(3)氨硼烷(H3N→BH3)和Ti(BH4)3均为广受关注的新型储氢材料。
①B与N的电负性:B______N(填“>”“<”或“=”,下同)。
②Ti(BH4)3由TiCl3和LiBH4反应制得。写出制备反应的化学方程式:_________。
(4)磷化硼(BP)是受到高度关注的耐磨材料,它可用作金属表面的保护层。如图为磷化硼晶胞。
①磷化硼晶体属于______晶体(填晶体类型),是否含有配位键? _____ (填“是”或“否”)
②晶体中P原子的配位数为_____。
③已知BP的晶胞边长为anm,NA为阿伏加德罗常数的数值,则磷化硼晶体的密度为_____g·cm-3(用含a、NA的式子表示)。
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