【题目】实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O,还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体,其实验流程如下:
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(1)室温下,反应CaSO4(s)+
(aq)
CaCO3(s)+
(aq)达到平衡,则溶液中
=________[Ksp(CaSO4)=4.8×105,Ksp(CaCO3)=3×109]。
(2)将氨水和NH4HCO3溶液混合,可制得(NH4)2CO3溶液,其离子方程式为________;浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是________。
(3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在60~70 ℃,搅拌,反应3小时。温度过高将会导致CaSO4的转化率下降,其原因是________;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,实验中提高CaSO4转化率的操作有________。
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(4)滤渣水洗后,经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。设计以水洗后的滤渣为原料,制取CaCl2溶液的实验方案:______[已知pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全;pH=8.5时Al(OH)3开始溶解。实验中必须使用的试剂:盐酸和Ca(OH)2]。
【答案】1.6×104
+NH3·H2O![]()
+
+H2O(或
+NH3·H2O![]()
+
+H2O) 增加溶液中
的浓度,促进CaSO4的转化 温度过高,(NH4)2CO3分解 加快搅拌速率 在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测量溶液pH,当pH介于5~8.5时,过滤
【解析】
(1)反应CaSO4(s)+CO32-(aq)
CaCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数表达式为
,结合CaSO4和CaCO3的Ksp计算;
(2)氨水与NH4HCO3反应生成(NH4)2CO3;加入氨水抑制(NH4)2CO3的水解;
(3)温度过高,(NH4)2CO3分解,使CaSO4转化率下降;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合反应的特点从影响反应速率的因素分析;
(4)根据工业废渣中的成分知,浸取、过滤后所得滤渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将CaCO3完全转化为CaCl2,同时Al2O3、Fe2O3转化成AlCl3、FeCl3,过滤除去SiO2,结合题给已知,再利用Ca(OH)2调节pH除去Al3+和Fe3+。
(1)反应CaSO4(s)+CO32-(aq)
CaCO3(s)+SO42-(aq)达到平衡时,溶液中
=
=
=
=1.6×104。答案:1.6×104
(2)NH4HCO3属于酸式盐,与氨水反应生成(NH4)2CO3,反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3·H2O=(NH4)2CO3+H2O[或NH4HCO3+NH3·H2O
(NH4)2CO3+H2O],离子方程式为HCO3-+NH3·H2O=NH4++CO32-+H2O(或HCO3-+NH3·H2O
NH4++CO32-+H2O);浸取废渣时,加入的(NH4)2CO3属于弱酸弱碱盐,溶液中存在水解平衡:CO32-+NH4++H2O
HCO3-+NH3·H2O,加入适量浓氨水,水解平衡逆向移动,溶液中CO32-的浓度增大,反应CaSO4(s)+CO32-(aq)
CaCO3(s)+SO42-(aq)正向移动,促进CaSO4的转化。答案:HCO3-+NH3·H2O=NH4++CO32-+H2O(或HCO3-+NH3·H2O
NH4++CO32-+H2O) 增加溶液中CO32-的浓度,促进CaSO4的转化
(3)由于铵盐具有不稳定性,受热易分解,所以温度过高,(NH4)2CO3分解,从而使CaSO4转化率下降;由于浸取过程中的反应属于固体与溶液的反应(或发生沉淀的转化),保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合外界条件对化学反应速率的影响,实验过程中提高CaSO4转化率的操作为加快搅拌速率(即增大接触面积,加快反应速率,提高浸取率)。答案:温度过高,(NH4)2CO3分解 加快搅拌速率
(4)工业废渣主要含CaSO4·2H2O,还含有少量SiO2、Al2O3和Fe2O3,加入(NH4)2CO3溶液浸取,其中CaSO4与(NH4)2CO3反应生成CaCO3和(NH4)2SO4,SiO2、Al2O3和Fe2O3都不反应,过滤后所得滤渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将CaCO3完全转化为CaCl2,发生的反应为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑,与此同时发生反应Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,SiO2不反应,经过滤除去SiO2;得到的滤液中含CaCl2、AlCl3、FeCl3,根据“pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全,pH=8.5时Al(OH)3开始溶解”,为了将滤液中Al3+、Fe3+完全除去,应加入Ca(OH)2调节溶液的pH介于5~8.5[加入Ca(OH)2的过程中要边加边测定溶液的pH],然后过滤即可制得CaCl2溶液。答案:在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测得溶液pH,当pH介于5~8.5时,过滤
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】在2L的恒容容器中,充入1molA和3molB,并在一定条件下发生反应:A(g)+3B(g)
2C(g);经3s后达到平衡,测得C气体的浓度为0.6 mol·L-1,下列说法中不正确的是( )
A. 用B表示反应速率为0.3 mol·L-1·s-1
B. 平衡后,向容器中充入无关气体(如Ne),反应速率增大
C. 3s时生成C的物质的量为1.2mol
D. 平衡后,v(正)(A)=v(逆)(A)
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】25℃时,用pH计测量VmL0.1mol·L-1NaOH溶液中逐滴滴加等浓度的一元酸HA后pH的变化情况,绘制pH变化曲线如图所示,下列说法不正确的是( )
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A. A点溶液的pH=13
B. B和C两点所示溶液中水的电离程度:B>C
C. pH=7时,溶液中存在:c(Na+)=c(H+)+(HA)
D. C点所示溶液中离子浓度大小顺序:c(A-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】蛋白质中含有C、H、O、N、S等元素,食物中的铁主要以三价铁与蛋白质和羧酸结合成络合物的形式存在。
(1)在蛋白质中涉及的碳、氮、氧元素第一电离能由小到大的顺序是________________;基态铁原子的价电子排布式为____________。
(2)KSCN是检验Fe3+的试剂之一,与SCN-互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。1 mol CN-中含有的π键的数目为____________________。
(3)FeCl3中的化学键具有明显的共价性,蒸汽状态下以双聚分子(其分子式为Fe2Cl6)存在的结构式为________________,其中Fe的配位数为____________。
(4)金属化合物Cu2Zn合金能导电,熔点较高,强度、硬度较大。Cu2Zn合金的晶体类型是_______。
(5)某含铜化合物的离子结构如图所示。
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①该离子中存在的作用力有_______________;
a.离子键 b.共价键 c.配位键 d.氢键 e.范德华力
②该离子中N原子的杂化类型有________。
(6)铜晶体为面心立方最密堆积,即在晶体结构中可以分割出一块正立方体的结构单元,金属原子处于正立方体的八个顶点和六个面上,已知铜的原子半径为127.8 pm,列式计算晶体铜的密度:ρ=______________g·cm-3(列出计算式即可)。
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】一种以软锰矿(主要成分为MnO2、SiO2、Al2O3)和黄铁矿(FeS2、SiO2)为原料冶炼金属锰的工艺流程如图所示:
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已知相关金属离子[c(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH如下:
金属离子 | Fe3+ | Mn2+ | Al3+ |
开始沉淀的pH | 2.7 | 8.3 | 3.2 |
沉淀完全的pH | 3.7 | 9.8 | 5.0 |
回答下列问题:
(1)MnO2本身不能溶于硫酸,但是在Fe2+的作用下却能溶解,写出该反应的离子方程式:____________________________。
(2)滤渣1的成分除了SiO2外,还有一种淡黄色的物质是_______________(填化学式)。
(3)除杂步骤中加入的MnCO3的作用是____________________________,该过程需调节溶液pH的范围是___________________________,若把pH调得过高,其后果是_________________________。
(4)用惰性电极进行电解,电解刚开始时阴极的电极反应式为____________________,电解后阳极的电解质溶液可返回_______________________(填“酸浸”“除杂”或“电解”)工序继续使用。
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】某废催化剂含58.2%的SiO2、21.0%的ZnO、4.5%的ZnS和12.8%的CuS,某同学以该废催化剂为原料,回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下:
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已知:1.步骤①中发生的化学反应为非氧化还原反应 2.滤渣2的主要成分是SiO2和S,下列说法不正确的是
A. 步骤①,最好在通风橱中进行
B. 步骤①和③,说明CuS不溶于稀硫酸而ZnS溶于稀硫酸
C. 步骤③,涉及的离子反应为CuS+H2O2+2H+
Cu2++S+2H2O
D. 步骤②和④,均采用蒸发结晶的方式获取溶质
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】用
表示阿伏加德罗常数值,下列说法正确的是
A.
时,
的
的NaClO溶液中水电离出的
的数目为![]()
B.标准状况下,
甲醇中含有的氧原子数为![]()
C.标准状况下,
氯气与足量NaOH溶液反应转移的电子数为![]()
D.同温同压下,原子数均为
的氢气和氦气具有相同的体积
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】在相同温度下(T=500K),有相同体积的甲、乙两容器,且保持体积不变,甲容器中充入1gSO2和1gO2,乙容器中充入2gSO2和2gO2。下列叙述中错误的是( )
A.化学反应速率:乙>甲B.平衡时O2的浓度:乙>甲
C.平衡时SO2的转化率:乙>甲D.平衡时SO2的体积分数:乙>甲
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】某温度下,向10 mL
溶液中滴加
的
溶液,滴加过程中,溶液中
与
溶液体积(V)的关系如图所示,下列说法正确的是( )已知:
。
![]()
A. 该温度下 ![]()
B. X、Y、Z三点中,Y点水的电离程度最小
C.
溶液中:![]()
D. 向100 mL
浓度均为
的混合溶液中逐滴加入
的
溶液,
先沉淀
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