红矾钠(重铬酸钠:Na2Cr2O7·2H2O)是重要的基础化工原料。铬常见价态有+3、+6价。铬的主要自然资源是铬铁矿FeCr2O4(含有Al2O3、MgO、SiO2等杂质),实验室模拟工业以铬铁矿为原料生产红矾钠的主要流程如下:
①中主要反应:4 FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 8Na2CrO4 + 2Fe2O3 + 8CO2
①中副反应:Al2O3 + Na2CO3 2NaAlO2 + CO2↑,SiO2 + Na2CO3
Na2SiO3 + CO2↑
请回答下列问题:
(1)FeCr2O4化学名为亚铬酸亚铁,写出它的氧化物形式________________。步骤“①”的反应器材质应选用__________(填“瓷质”、“铁质”或“石英质”)。
(2)“②”中滤渣1的成分是__________,“③”中调pH值是_______ (填“调高”或“调低”),“④”中滤渣2的成分是___________。
(3)“⑤”酸化的目的是使CrO42-转化为Cr2O72-,写出平衡转化的离子方程式:__________________________。
(4)上图是Na2Cr2O7·2H2O和Na2SO4的溶解度曲线,则操作I是______,操作II是______(填序号)。
①蒸发浓缩,趁热过滤②降温结晶,过滤
(5)已知某铬铁矿含铬元素34%,进行步骤①~④中损失2%,步骤⑤~⑦中产率为92%,则1吨该矿石理论上可生产红矾钠_______吨(保留2位小数)。
硫酸锌被广泛应用于工农业生产和医药领域.工业上由氧化锌矿(主要成分为ZnO,另含ZnSiO3、FeCO3、CuO等)生产ZnSO4·7H2O的一种流程如下:
(1)步骤Ⅰ包括酸浸和过滤两个操作。
①酸浸时,需不断通入高温水蒸气的目的是 。
②过滤时为防堵塞,过滤装置需常用NaOH溶液清洗,其清洗原理是 (用化学方程式表示)。
(2)步骤Ⅱ中,在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾,生成Fe(OH)3和MnO(OH)2两种沉淀,该反应的离子方程式为 。
(3)步骤Ⅲ所得滤渣Z的主要成分是 。
(4)取28.70 g ZnSO4·7H2O加热至不同温度,剩余固体的质量变化如下图所示。
①步骤Ⅳ中的烘干操作需在减压条件下进行,其原因是 。
②在图中C点,680 ℃时所得固体的化学式为 (填字母序号)。
a.ZnO b.ZnSO4c.ZnSO4·H2Od.Zn3O(SO4)2
【改编】二氧化硫和氯气是中学化学中的常见气体,探究二者的制法和性质是十分重要的课题。
(1)实验室可由多种途径制取SO2。
途径I:Na2SO3固体与较浓的硫酸(约70%)反应制取;
途径II:铜与浓硫酸加热制取。
写出途径II的化学反应方程式: 。
若将Cu改为Zn,发现除得到SO2外还有得到一种气体,该气体可能为 。写出生成该气体的离子方程式 。
(2)如图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。
已知:2 KMnO4+16HCl(浓)= 2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。:
C的作用为: ;
D的作用为: ;
如要得到较为纯净的氯气可怎么改进该装置: 。
(3)某同学设计用如下装置探究二氧化硫、氯气的化学性质。
通过控制弹簧夹a、b,向装置A中分别通入不同气体,请完成如下问题:
①若要证明SO2的漂白性,X为 ,操作为 ,现象为 。
②若关闭a,打开b,若X为紫色石蕊试液,则A中的现象为: ,原因是 。
③若同时打开a、b,且通入的气体体积比为1:1,若X为紫色石蕊试液,则A中的现象为 ,与②现象不同的原因是 (书写相应的化学方程式)。
【改编】I.硝酸铜在1000℃时分解:Cu(NO3)2Cu+2NO2↑+O2↑,用试管收集一试管气体并倒立于盛水的水槽中,写出气体溶解的化学反应方程式 ,并判断液体 (填“能”“不能”)充满整个试管(假定倒吸进试管的液体不流出)。
II.工业上生产硝酸铜晶体的流程图如下:
①在保温去铁的过程中,为使Fe3+沉淀完全,可以向溶液中加入CuO,调节溶液的pH,根据下表数据,溶液的pH应保持在 范围.
氢氧化物开始沉淀时的pH |
氢氧化物沉淀完全时的pH |
|
Fe3+ Cu2+ |
1.9 4.7 |
3.2 6.7 |
②蒸发浓缩时,要用硝酸调节溶液的pH=1,其目的是 (结合离子方程式说明)。
③如图所示为硝酸铜晶体[Cu(NO3)2·nH2O]的溶解度曲线(温度在30℃前后对应不同的晶体),从图中获取如下信息,不正确的有 (填字母)。
a.C点溶液为Cu(NO3)2的不饱和溶液
b.30℃时结晶可析出两种晶体
c.按上述流程最终得到的晶体是Cu(NO3)2·3H2O
d.将A点溶液升温至30℃时,可以析出Cu(NO3)2·3H2O晶体
④某些共价化合物(如H2O、NH3、N2O4等)在液态时发生了微弱的电离,如:2H2OOH—+H3O+,则液态NH3电离的方程式是 ,液态N2O4电离得到电子数相差18的阴阳离子,因此可用Cu与液态N2O4反应制备无水硝酸铜,则同时生成的另一种物质为 。
一溴乙烷为无色液体,熔点-119.1℃,沸点38.4℃,常用于汽油的乙基化、冷冻剂和麻醉剂。制备一溴乙烷的反应原理为:NaBr+H2SO4=HBr↑+NaHSO4,CH3CH2OH+HBr→CH3CH2Br+H2O。实验室可用如下装置制备一溴乙烷:
某学生的实验过程和具体操作可简述如下:
查阅资料可知:
①可能产生的副产物有: CH3CH2OCH2CH3、CH2BrCH2Br、CH2=CH2、Br2、SO2,其中1,2-二溴乙烷为无色液体,熔点9.3℃,沸点131.4℃。
②油层a用浓硫酸处理可以除掉乙醚、乙醇和水等杂质。
请结合以上信息回答下列问题:
(1)实验过程中锥形瓶置于冰水混合物中的目的是 。
(2)水层a中的离子除Na+、H+、OH-和Br-外,还一定含有 ,检验该离子的方法是 。
(3)油层a、b均呈微黄色。该学生猜测油层b除一溴乙烷外还可能含有其它一种或多种副产物,为验证其成分设计了如下的实验操作。
实验步骤 |
预期现象和结论 |
步骤1:将油层b转移至 中,再加入足量稀 Na2SO3溶液充分振荡,静置。 |
|
步骤2:取步骤1的水层少量于试管中,加入稀硫酸酸化,再加入适量新制氯水及少量CCl4,充分振荡,静置。 |
溶液分层,下层呈橙红色,证明 。 |
步骤3:将步骤1的油层充分洗涤、干燥后装入蒸馏装置中, 至温度计升高至450C左右。 |
馏出蒸汽的温度稳定在38℃左右,不再有蒸汽馏出时,将蒸馏烧瓶中残留液体置于冰水浴中冷却,凝结成白色固体,则证明油层b中含有1,2-二溴乙烷。 |
(4)该同学在实验过程中加入了10mL乙醇(0.17mol),足量浓硫酸,适量水,以及0.15mol溴化钠,最后蒸馏获得了10.9g一溴乙烷产品。请计算产率 (用小数表示,保留二位小数)。
某科研小组设计出利用工业废酸(10%H2SO4)来堆浸某废弃的氧化铜锌矿制取活性ZnO的方案,实现废物综合利用,方案如下图所示。
已知:298K时各离子开始沉淀及完全沉淀时的pH如下表所示。
离子 |
开始沉淀时的pH |
完全沉淀时的pH |
Fe2+ |
6.34 |
9.7 |
Fe3+ |
1.48 |
3.2 |
Zn2+ |
6.2 |
8.0 |
请回答下列问题:
(1)氧化铜锌矿中含有少量的CuS和ZnS,在H2SO4的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶,这是由于相同温度下:Ksp(CuS) Ksp(ZnS)(选填“>”“<”或“=”)。
(2)你认为在除铁过程中选用下列物质中的 (填序号)作为试剂甲是比较合适的。
A.KMnO4 B.HNO3 C.H2O2 D.Cl2
(3)除铁过程中加入氨水的目的是调节溶液的pH,pH应控制在 范围之间。
(4)请写出加甲物质后,加入氨水控制调节溶液的pH下生成Fe(OH)3反应的离子方程式 。
(5)298K时,残留在乙溶液中的c(Fe3+)在 __ mol/L以下。Fe(OH)3的KSP= 2.70×10-39
(6)乙的溶液可直接用作氮肥,则乙的化学式是 。
(7)请写出“沉淀Zn2+”步骤中发生反应的化学方程式 。