某研究小组将一批废弃的线路板经浓硝酸和稀硫酸处理后得到一混合溶液,其中含有Cu2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等金属离子,并设计了以下两种流程以分别制取CuSO4·5H2O晶体和AlCl3
溶液:
已知:相关金属离子开始沉淀至完全沉淀时的pH范围为:
| 离子 |
Fe3+ |
Fe2+ |
Al3+ |
Cu2+ |
| pH范围 |
2.2～3.2 |
5.5～9.0 |
4.1～5.0 |
5.3～6.6 |
请回答下列问题:
(1)加入H2O2的作用是 ,欲使制取的CuSO4·5H2O晶体较为纯净,pH至少应调至 。
(2)写出H2O2与Fe2+反应的离子方程式: 。
(3)流程②中加入适量Al粉起的作用是 。
(4)根据你所学的化学知识,由AlCl3溶液(不添加其他化学试剂)能否制得无水AlCl3 (填“能”或“不能”),原因是 。
(5)取体积为V(L)的酸浸液,向其中滴加a mol·L-1的NaOH溶液,生成沉淀的物质的量与所加的NaOH溶液的体积(L)关系如图。请用V1、V2、V3表示所取的酸浸液中n(Fe3+)∶n(Al3+)= 。
二氧化氯（ClO2）是一种黄绿色有刺激性气味的气体，其熔点为－59℃，沸点为11.0℃，易溶于水。工业上用潮湿的KClO3和草酸（H2C2O4）在60时反应制得。某学生拟有左下图所示的装置模拟制取并收集ClO2。
（1）B必须放在冰水浴中控制温度，其原因是
（2）反应后在装置C中可得NaClO2溶液。已知NaClO2饱和溶液中在温度低于38℃时析出晶体是NaClO2·3H2O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO2。根据右上图所示的NaClO2的溶解度曲线，请补充从NaClO2溶液中制得NaClO2的操作步骤：a；b；③洗涤；④干燥。
（3）亚氯酸钠（NaClO2）是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染和食品工业。它在碱性环境中稳定存在。某同学查阅资料后设计生产NaClO2的主要流程如下。
①Ⅰ、Ⅲ中发生反应的还原剂分别是、（填化学式）。
②Ⅱ中反应的离子方程式是。
③A的化学式是，装置Ⅲ中A在极区产生。
④ClO2是一种高效水处理剂，可用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备。写出该制备反应的化学方程式。
⑤NaClO2变质可分解为NaClO3和NaCl。取等质量变质前后的NaClO2试样均配成溶液，分别与足量FeSO4溶液反应时，消耗Fe2+的物质的量。（填“相同”，“不同”或“无法判断”）
2013年雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）CO2是大气中含量最高的一种温室气体，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。目前，由CO2来合成二甲醚已取得了较大的进展，其化学反应是：
2CO2（g）+6H2（g）
CH3OCH3（g）+3H2O（g） △H＞0。
①写出该反应的平衡常数表达式。
②判断该反应在一定条件下，体积恒定的密闭容器中是否达到化学平衡状态的依据是。
| A．容器中密度不变 |
| B．单位时间内消耗2molCO2，同时消耗1mol二甲醚 |
| C．v(CO2)︰v(H2)=1︰3 |
| D．容器内压强保持不变 |
（2）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g)+2CO (g) 
2CO2 (g) +N2 (g)在密闭容器中发生该反应时，c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线，如图所示。
据此判断：
①该反应的ΔH0（选填“＞”、“＜”）。
②当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1＞S2，在上图中画出c(CO2)在T2、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
（3）已知：CO（g）＋ 2H2（g）
CH3OH（g）△H =" -a" kJ•mol-1。
①经测定不同温度下该反应的平衡常数如下：
| 温度（℃） |
250 |
300 |
350 |
| K |
2.041 |
0.270 |
0.012 |
若某时刻、250℃测得该反应的反应物与生成物的浓度为c(CO)="0.4" mol·L－1、c(H2)="0.4" mol·L－1、c(CH3OH)="0.8" mol·L－1, 则此时v正v逆（填“＞”、“＜”或“=”）。
②某温度下，在体积固定的2L的密闭容器中将1 mol CO和2 mol H2混合，测得不同时刻的反应前后压强关系如下：
| 时间（min） |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
| 压强比(P后/P前) |
0.98 |
0.90 |
0.80 |
0.70 |
0.70 |
0.70 |
达到平衡时CO的转化率为。
（共13分）I离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl7—和AlCl4—组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。
（1）钢制品应接电源的极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为。
（2）为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移6 mol电子时，所得还原产物的物质的量为mol。
（3）用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有。
a．KClb.KClO3c.MnO2d.Mg
取少量铝热反应所得到的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，（填“能”或“不能”）说明固体混合物中无Fe2O3，理由是（用离子方程式说明）。
II燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
（4）美国Simons等科学家发明了使NH3直接用于燃料电池的方法，其装置为用铂作为电极，加入电解质溶液中，其电池反应为4NH3+3O2=2N2+6H2O
写出该燃料电池的正极反应式
（5）以天然气(假设杂质不参与反应)为原料的燃料电池示意图如图所示。 
①放电时，负极的电极反应式为：
②假设装置中盛装100.0 mL 3.0 mol·L—1 KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8960 mL。放电完毕后，电解质溶液中各离子浓度的大小关系为：
(16分)硫酸铅(PbSO4)广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。利用方铅矿精矿(PbS)直接制备硫酸铅粉末的流程如下：
已知：（ⅰ）PbCl2(s)+2Cl－(aq)
PbCl42－(aq)△H＞0
（ⅱ）Ksp(PbSO4)＝1.08×10－8，Ksp(PbCl2)＝1.6×10－5
（ⅲ）Fe3＋、Pb2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、7.04
（1）步骤Ⅰ中FeCl3溶液与PbS反应生成PbCl2和S的离子方程式为，步骤Ⅰ中另一个反应是H2O2与FeCl2、盐酸反应生成FeCl3，实现FeCl3的重复利用，其离子方程式为，加入盐酸的另一个目的是为了控制pH在0.5～1.0，原因是。
（2）用化学平衡移动的原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因。
（3）写出PbCl2晶体转化为PbSO4沉淀的离子方程式。
（4）滤液3是。
（5）铅蓄电池的电解液是稀硫酸(22%~28%)，充电后两个电极上沉积的PbSO4分别转化为PbO2和Pb，铅蓄电池充电时阴极的电极反应式为。
氮氧化物和SO2是造成雾霾天气的主要原因之一。
（1）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)ΔH＝－241.8kJ·mol－1，C(s)+1/2O2(g)＝CO(g) ΔH＝－110.5kJ·mol－1
写出焦炭与水蒸气高温反应的热化学方程式：。
②洗涤含SO2的烟气。下列物质可作洗涤剂的是(填字母)。
a．Ca(OH)2b．Na2CO3c．CaCl2d．NaHSO3
（2）①已知汽车发动机工作时汽缸中生成NO的反应为：N2(g)＋O2(g)
2NO(g) ΔH＝＋183kJ·mol－1。若1mol空气含0.8molN2和0.2molO2，1300℃时在密闭容器内反应达到平衡，测得NO为8×10－4mol。该温度下的平衡常数K＝。汽车启动后，汽缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，请用反应速率和化学平衡知识解释NO排放量增大的原因：。
（3）硫酸工业尾气中二氧化硫的含量超过0.05%(体积分数)时需经处理后才能排放。某校化学兴趣小组欲测定某硫酸工厂排放尾气中二氧化硫的含量，采用以下方案：如图所示，图中气体流量计B用于准确测量通过的尾气体积。
将尾气通入一定体积已知浓度的碘水中测定SO2的含量。当洗气瓶C中溶液蓝色消失时，立即关闭活塞A。
①洗气瓶C中导管末端连接一个多孔球泡D，可以提高实验的准确度，其理由是。
②洗气瓶C中溶液蓝色消失后，没有及时关闭活塞A，测得的SO2含量________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。
（4）将某PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试液。若测得该试液所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度[c(H+)、c(OH－)待测]如下表：
| 离子 |
K+ |
Na+ |
NH4＋ |
SO42－ |
NO3－ |
Cl- |
| 浓度/mol·L－1 |
4×10－6 |
6×10－6 |
2×10－5 |
4×10－5 |
3×10－5 |
2×10－5 |
根据表中数据判断PM2.5的酸碱性为，待测试液的pH＝。