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1(2013新课标Ⅰ卷27题15分)锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用.某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等.充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-═LixC6.现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出).
回答下列问题:
(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式
(3)“酸浸”一般在80℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 ;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式
(5)充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式
(6)上述工艺中,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是
在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有 (填化学式).
答案(1)+3(2)2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑
2(2013新课标Ⅰ卷28题15分)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(i)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=—90.1kJ•mol—1
(ii)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=—49.0kJ•mol—1
水煤气变换反应:
(iii)CO(g)+H2O(g)=CO2(g) +H2(g)△H=—41.1kJ•mol—1
二甲醚合成反应:
(iv)2CH3OH(g)=CH3OCH3+H2O(g) △H=—24.5kJ•mol—1
回答下列问题:
(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是 (以化学方程式表示)。
(2)分析二甲醚合成反应(iv)对于CO转化率的影响
(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为 ,根据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响
(4)有研究者在催化剂(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3)、压强为5.0MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如右图所示,其中CO转化率随温度升高而降低的原因是
(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93kW•h•kg—1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为 ,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生 个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E= (列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量,1kW•h=3.6×106J)。
答案
3.(2013新课标Ⅱ卷28题14分)在1.0 L密闭容器中放入0.10molA(g),在一定温度进行如下反应:
反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表:
时间t/h
0
1
2
4
8
16
20
25
30
总压强p/100kPa
4.91
5.58
6.32
7.31
8.54
9.50
9.52
9.53
9.53
回答下列问题:
(1)欲提高A的平衡转化率,应采取的措施为 。
(2)由总压强P和起始压强P0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为 。平衡时A的转化率为_ ,列式并计算反应的平衡常数K 。
(3)①由总压强p和起始压强P0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A),n总= mol,n(A)= mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据,计算a=
反应时间t/h
0
4
8
16
C(A)/(mol·L-1)
0.10
a
0.026
0.0065
分析该反应中反应反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(△t)的规律,得出的结论是 ,由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c(A)为 mol·L-1
答案:(1)升高温度、降低压强
(2)α(A)=( -1)×100%;94.1%; K==1.5;
(3)①0.1×;0.1×(2-); ②0.051;每间隔4小时,A的浓度为原来的一半。0.013
4(2013·天津化学第10题14分)某市对大气进行监测,发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5(直径小于等于2.5um的悬浮颗粒物)其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此,对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题:
(1)对PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表:
离子
K+
Na+
NH4+
SO42-
NO3-
Cl-
浓度/mol.L
4x10-6
6x10-6
2x10-5
4x10-5
3x10-5
2x10-5
根据表中数据判断PM2.5的酸碱性为 ,试样的pH值= 。
(2)为减少SO2的排放,常采取的措施有:
①将煤转化为清洁气体燃料。已知:
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) △H=-241.8KJ/mol C(s)+1/2O2(g)=CO(g) △H=-110.5KJ/mol
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式 ;
②洗涤含SO2的烟气,以下物质可作洗涤剂的是 ;a.Ca(OH)2 b.Na2CO3 c.CaCl2 d.NaHSO3
(3)汽车尾气中NOx和CO的生成及转化为:
①已知气缸中生成NO的反应为:N2(g)+O2(g) 2NO(g) △H>0
若1mol空气含有0.8molN2和0.2molO2,1300℃时在密闭容器内反应达到平衡。测得NO为8x10-4mol,计算该温度下的平衡常数K= ___________
汽车启动后,气缸温度越高,单位时间内NO排放量越大,原因是 。
②汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:2CO(g)=2C(s)+O2(g)已知该反应的△H>0,简述该设想能否实现的依据
③目前,在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染,其化学反应方程式为:
答案
5.(2013重庆第11题14分)化学在环境保护中趁着十分重要的作用,催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
(1) 催化反硝化法中,H2能将NO3—还原为N2,25℃时,反应进行10min,溶液的pH由7变为12。
①N2的结构式为 。
②上述反应离子方程式为 ,
其平均反应速率v(NO3—)为 mol ∙L—1 ∙min—1
③还原过程中可生成中间产物NO2—,写出3
种促进NO2—水解的方法 。
(2)电化学降解NO3—的原理如图所示。①电源正极为 (填“A”或“B”),阴极反应式为 。
②若电解过程中转移了2mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(△m左-△m右)为 g。
答案:(1)①N≡N ②2NO3-+5H2N2+2OH-+4H2O 0.001
③加酸,升高温度,加水 (2)①A, 2NO3-+6H2O+10e-=N2+12OH- ②14.4
6. (2013·浙江理综·27)(14分)补碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中既有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业补碳剂,他们与CO2可发生如下可以反应:
请回答下列问题:
(1)△H3与△H1、△H2之间的关系是:△H3= 。
(2)为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响,在某温度T1下,将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中,并充入一定量的CO2气体(用氮气作为稀释剂),在t时刻,测得容器中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下,保持其它初始实验条件不变,重复上述实验,经过相同的时间测得CO2气体浓度,得到趋势图(见图1)。则:
①△H3 0(填>、=或<)。
②在T1—T2及T4—T5二个温度区间内,容器中CO2气体浓度呈现如图1所示的变化趋势,其原因是 。
③反应Ⅲ在温度为T1时,溶液的pH随时间变化的趋势曲线图2所示。当时间到达t1时,将该反应体系温度迅速上升到T2,并维持该温度。请在该图中画出t1时刻后溶液的pH变化总趋势曲线。
(3)利用反应Ⅲ捕获CO2,在(NH4)2CO3初始浓度和体积确定的情况下,提高CO2吸收量的措施有 (写出2个) 。
(4)下列物质中也可能作为CO2捕获剂的是 。
A.NH4Cl B.Na2CO3 C.HOCH2CH2OH D.HOCH2CH2NH2
答案:(1)2△H2-△H1
(2)①< ②T1—T2区间,化学反应未达到平衡,温度越高,化学反应速率越快,所以CO2的捕获量随温度升高而提高。T4—T5区间,化学反应已达到平衡,由于正反应是放热反应,温度升高平衡向逆反应移动,所以不利于CO2捕获。 ③
(3)降低温度;增加CO2捕获浓度(或分压) (4)BD
7. (2013·山东理综·29)(15分)化学反应原理在科研和生产中有广泛应用
(1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体,发生如下反应
TaS2(s)+2I2(g)TaI4(g)+S2(g) △H﹥0 (I)
反应(I)的平衡常数表达式K= ,若K=1,向某恒容密闭容器中加入1molI2(g)
和足量TaS2(s),I2(g)的平衡转化率为 。
(2)如图所示,反应(I)在石英真空管中进行,先在温度为T2
的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g),一段时间后,在温度
为T1的一端得到了纯净的TaS2晶体,则温度T1 T2(填“﹥”“﹤”
或“=”)。上述反应体系中循环使用的物质是 。
(3)利用I2的氧化性可测定钢铁中硫的含量。做法是将钢铁中的硫转化为H2SO3,然后用一定浓度的I2溶液进行滴定,所用指示剂为 ,滴定反应的离子方程式为 。
(4)25℃时,H2SO3HSO3-+H+的电离常数Ka=1×10-2mol/L,则该温度下NaHSO3的水解平衡常数Kh= mol/L,若向NaHSO3溶液中加入少量的I2,则溶液中将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案:(1)或,66.7% (2)<,I2
(3)淀粉溶液,H2SO3+I2+H2O=4H++SO42-+2I- (4)1.0×10-12,增大
8. (2013•四川11题15分)明矾石经处理后得到明矾[KAl(SO4)2•12H2O].从明矾制备Al、K2SO4、和H2SO4的工艺过程如图1所示:焙烧明矾的化学方程式为:4KAl(SO4)2•12H2O+3S═2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O
请回答下列问题:
(1)在焙烧明矾的反应中,还原剂是
(2)从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体的方法是
(3)Al2O3在一定条件下可制得AlN,其晶体结构如图2所示,该晶体中Al的配位数是
(4)以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,该电池反应的化学方程式是
(5)焙烧产生的SO2可用于制硫酸.已知25℃、101kPa时:
2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) △H1=-197kJ/mol;
H2O(g)⇌H2O(l) △H2=-44kJ/mol;
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)═2H2SO4 △H3=-545kJ/mol.
则SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式是 焙烧948t明矾(M=474g/mol),若SO2的利用率为96%,可产生质量分数为98%的硫酸 t.
答案:1)S(2)蒸发结晶(3)4(4)Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=3Ni(OH)2+NaAlO2
(5)①SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l)△H=-130kJ·mol-1②432
9. (2013·福建理综·23)(16分)
利用化石燃料开采、加工过程产生的H2S废气制取氢气,既廉价又环保。
(1)工业上可用组成为K2O·M2O3·2RO2·nH2O的无机材料纯化制取的氢气。
①已知元素M、R均位于元素周期表中第3周期,两种元素原子的质子数之和为27,则R的原子结构示意图为 。
②常温下,不能与M单质发生反应的是______。a.CuSO4溶液 b.Fe2O3 c.浓硫酸 d.NaOH e.Na2CO3
(2)利用H2S废气制取氢气来的方法有多种
①高温热分解法 已知:H2S(g)==H2+1/2S2(g)
在恒温密闭容器中,控制不同温度进行H2S分解实验。以H2S起始浓度均为cmol·L-1测定H2S的转化率,结果见左下图。图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线,b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。据图计算985℃时H2S按上述反应分解的平衡常数K=________;说明温度的升高,曲线b向曲线a逼近的原因
②电化学法
该法制氢过程的示意图如右上图。反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,其目的是
;反应池中发生反应的化学方程式为 。反应后的溶液进入电解池,电解总反应的离子方程式为 。
答案(1)① ②b、e
(2)①温度升高,反应速率加快,达到平衡所需的时间缩短(或其他合理条件)
②增大反应物接触面积,使反应更充分
10. (2013广东卷第31题16分)大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化。将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。
(1)O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成:
①I-(aq)+ O3(g)=IO-(aq)+O2(g) △H1
②IO-(aq)+H+(aq)HOI(aq) △H2
③HOI(aq)+ I-(aq)+ H+(aq)I2(aq)+H2O(l) △H3
总反应的化学方程式为______,其反应△H=______。
(2)在溶液中存在化学平衡:I2(aq)+I-(aq)I3-(aq),其平衡常数表达式为_______。
(3)为探究Fe2+对氧化I-反应的影响(反应体系如图),某研究小组测定两组实验中I3-浓度和体系pH,结果见图和下表。
编号
反应物
反应前pH
反应后pH
第1组
O3+ I-
5.2
11.0
第2组
O3+ I-+ Fe2+
5.2
4.1
①第1组实验中,导致反应后pH升高的原因是_______。
②左图中的A为 。由Fe3+生成A的过程能显著提高I-的转化率,原因是_______。
③第2组实验进行18s后,I3-下降。导致下降的直接原因有(双选)______。
A.c(H+)减小 B.c(I-)减小 C.I2(g)不断生成 D.c(Fe3+)增加
(4)据右侧图,计算3~18s内第2组实验中生成I3-的平均反应速率(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
答案(1)2NaI+O3+H2SO4Na2SO4+I2+O2+H2O(2分,其他合理答案也给分)
△H1+△H2+△H3(1分)
(2)或c(I3-)/[c(I2)•c(I-)](2分)
(3)①臭氧将碘离子氧化为I2的离子方程式为2 I-+O3+2H+I2+O2(g)+H2O,既消耗氢离子又生成水,导致溶液的酸性减弱、pH升高(或者O3将I-氧化成I2的②③步反应为IO-(aq)+H+(aq) HOI(aq)、HOI(aq)+ I-(aq)+ H+(aq) I2(aq)+H2O(l),它们不仅消耗氢离子,而且还生成了水)(2分,其他合理表达也给分)
②Fe2+(1分) 因为Fe3+可以将I-直接氧化成I2或2Fe3++2I-==2Fe2++I2,使溶液中c(I2)增大,促使I2(aq)+I-(aq)I3-(aq)的平衡右移,消耗的c(I-)增多(2分,其他合理说法也给分)
③BC(3分,错选不给分,少选且选对给1分)
(4)生成I3-的平均反应速率v(I3-)==≈5.5×10-4mol/(L•s)(3分,其他合理答案也给分)
11.(2013江苏卷18题).(12分)硫酸镍铵[(NH4)xNiy(SO4)m·nH2O]可用于电镀、印刷等领域。某同学为测定硫酸镍铵的组成,进行如下实验:①准确称取2. 3350 g 样品,配制成100. 00 mL 溶液A;②准确量取25. 00 mL 溶液A,用0. 04000 mol·L-1 的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定其中的Ni2+(离子方程式为Ni2++H2Y2-=NiY2-+2H+ ),消耗EDTA 标准溶液31. 25 mL;③另取25. 00 mL溶液A,加足量的NaOH 溶液并充分加热,生成NH3 56. 00 mL(标准状况)。
(1)若滴定管在使用前未用EDTA 标准溶液润洗,测得的Ni2+含量将 (填“偏高”、或“偏低”或“不变”)。
(2)氨气常用 检验,现象是 。
(3)通过计算确定银硫酸镍铵的化学式(写出计算过程)。
答案:1)偏高 (2)湿润的红色石蕊试纸 试纸颜色由红变蓝
(3)n(Ni2+)= 0. 04000 mol·L-1×31. 25 mL×10-3L·mL-1 =1. 250×10-3 mol
n(NH4 +)= =2. 500×10-3 mol
n(SO42-)= ==2. 500×10-3mol
m(Ni2+)= 59 g·mol-1×1. 250×10-3 mol=0. 07375 g
m(NH4+)= 18 g·mol-1×2. 500×10-3 mol=0. 04500 g
m(SO42-)= 96 g·mol-1×2. 500×10-3 mol=0. 2400 g
n(H2O)==1. 250×10-2 mol
x :y :m:n= n(NH4+):n(Ni2+):n(SO42-):n(H2O)= 2:1:2:10
硫酸镍铵的化学式为(NH4)2Ni(SO4)2·10H2O
12. (2013江苏卷19题) (15分)柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易吸收的高效铁制剂,可由绿矾(FeSO4·7H2O)通过下列反应制备:FeSO4+Na2CO3=== FeCO3↓+Na2SO4 FeCO3+C6H8O7 === FeC6H6O7+CO2↑+H2O 下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L-1计算)。
金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Fe3+
1. 1
3. 2
Al3+
3. 0
5. 0
Fe2+
5. 8
8. 8
(1)制备FeCO3时,选用的加料方式是 (填字母),原因是 。
a.将FeSO4溶液与Na2CO3 溶液同时加入到反应容器中
b.将FeSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中
c.将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中
(2)生成的FeCO3沉淀需经充分洗涤,检验洗涤是否完全的方法是 。
(3)将制得的FeCO3加入到足量柠檬酸溶液中,再加入少量铁粉,80℃下搅拌反应。①铁粉的作用是 。②反应结束后,无需过滤,除去过量铁粉的方法是 。
(4)最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥,获得柠檬酸亚铁晶体。分离过程中加入无水乙醇的目的是 。
(5)某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3 ) 出发,先制备绿矾,再合成柠檬酸亚铁。请结合右图的绿矾溶解度曲线,补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4·7H2O晶体的实验步骤(可选用的试剂:铁粉、稀硫酸和NaOH溶液):向一定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应, ,得到FeSO4 溶液, ,得到FeSO4·7H2O 晶体。
答案:(1)c 避免生成Fe(OH)2沉淀
(2)取最后一次的洗涤滤液1~2 mL 于试管中,向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液,
若无白色沉淀产生,则表明已洗涤干净。
(3)①防止+2价的铁元素被氧化 ②加入适量柠檬酸让铁粉反应完全
(4)降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量,有利于晶体析出
(5)“(过滤,)向反应液中加入足量的铁粉,充分搅拌后,滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5,过滤”或“过滤,向滤液中滴加过量的NaOH溶液,过滤,充分洗涤固体,向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解,再加入足量的铁粉,充分搅拌后,过滤”
(滴加稀硫酸酸化,)加热浓缩得到60℃饱和溶液,冷却至0℃结晶,过滤,少量冰水洗涤,低温干燥
13.(2013江苏卷20题)(14分)磷是地壳中含量较为丰富的非金属元素,主要以难溶于水的磷酸盐如Ca3(PO4)2等形式存在。它的单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用。
(1)白磷(P4)可由Ca3(PO4)2、焦炭和SiO2 在一定条件下反应获得。相关热化学方程式如下:
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)=== 6CaO(s)+P4(s)+10CO(g) △H1 =+3359.26 kJ·mol-1
CaO(s)+SiO2(s)=== CaSiO3(s) △H2 =-89. 61 kJ·mol-1
2Ca3(PO4)2(s)+6SiO2(s)+10C(s)=== 6CaSiO3(s)+P4(s)+10CO(g) △H3
则△H3 = kJ·mol-1。
(2)白磷中毒后可用CuSO4溶液解毒,解毒原理可用下列化学方程式表示:
11P 4+60CuSO4+96H2O=== 20Cu3P+24H3PO4+60H2SO4
60molCuSO4能氧化白磷的物质的量是 。
(3)磷的重要化合物NaH2PO4、Na2HPO4和Na3PO4可通过H3PO4与NaOH溶液反应获得,含磷各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH 的关系如右图所示。
①为获得尽可能纯的NaH2PO4,pH应控制在 ;pH=8时,溶液中主要含磷物种浓度大小关系为 。
②Na2HPO4 溶液显碱性,若向溶液中加入足量的CaCl2 溶液,溶液则显酸性,其原因是
(用离子方程式表示)。
(4)磷的化合物三氯氧磷()与季戊四醇()以物质的量之比2:1 反应时,可获得一种新型阻燃剂中间体X,并释放出一种酸性气体。季戊四醇与X 的核磁共振氢谱如下图所示。
①酸性气体是 (填化学式)。
②X的结构简式为 。
答案:(1)2821. 6 (2)3 mol
(3)①4 ~5. 5(介于此区间内的任意值或区间均可) c(HPO42-)>c(H2PO4-)
②3Ca2++2HPO42-=== Ca3(PO4)2↓+2H+
(4)①HCl ②