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利用硫铁矿(主要成分FeS2)生产硫酸和绿矾(FeSO4·7H2O)的工业流程示意图如图:

1)沸腾炉中,硫铁矿进行粉碎处理的目的是__________________________

2)接触室中,发生的主要反应是SO2O2的反应,其化学方程式是___________

3)反应釜中,烧渣经过反应转化为溶液I和固体。

烧渣中的FeS在反应中做_________剂(填氧化还原);

溶液I中所含溶质的化学式是__________

4)操作a的主要步骤是:加热浓缩、________、过滤洗涤。

5)流程中,固体X可以选择硫铁矿(FeS2)或______;当固体X为硫铁矿(FeS2)时,将溶液I与固体X发生反应的离子方程式补充完整:

□FeS2 + □______+ □_______═□Fe2++ □SO +□_________

【答案】

1)增大反应物的接触面积,提高化学反应速率 qDm~[4G K  
22SO2 + O22SO3 ]v( f-h  
3还原      U:AcoZ<@f  
②Fe2(SO4)3H2SO4 Zw3Q^3  
4)冷却结晶 L./*3e  
5Fe FeS2+14Fe2++8H2O═15Fe2++2SO+16H+

【解析】

【分析】 8Xt pRG  
本题考查制备方案设计,侧重考查学生对操作步骤、原理的分析评价,是对学生综合能力的考查,难度中等。硫铁矿在沸腾炉中高温生成氧化铁与二氧化硫,混合气体为二氧化硫和空气,经过接触室后二氧化硫被氧化成三氧化硫,所以混合气体为三氧化硫、二氧化硫、空气等,沸腾炉中产生的炉渣主要为硫化亚铁、氧化铁、二氧化硅等,加入硫酸溶解,再用氧气氧化可得溶液主要成分为硫酸铁,硫酸铁中加入铁粉得溶液为硫酸亚铁溶液,经蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸亚铁晶体,烧渣用酸溶解后得固体主要成分为二氧化硅和硫,硫经氧化得二氧化硫,可循环利用。 sP9'@*  
【解答】  uFyp?  
1)沸腾炉中,硫铁矿进行粉碎处理的目的是使固体与气体充分接触,加快反应速率, J2ao@^ys>  
故答案为:增大反应物的接触面积,提高化学反应速率; @#S3M8 F  
2)接触室中,SO2O2的反应生成SO3,反应的化学方程式为2SO2 + O22SO3 *wc`C'3A  
故答案为:2SO2 +O22SO3 * pws4^v9I  
3反应釜中的FeS被氧化成硫,所以FeS在反应中做还原剂, !Vc _5)V8  
故答案为:还原; j5 847rV`  
根据上面的分析可知,溶液主要成分为硫酸铁及过量的硫酸,其化学式为Fe2SO43H2SO4 Y!_CL +  
故答案为:Fe2SO43H2SO4 p}Qqg[)j  
4)操作a为从硫酸亚铁溶液中获得硫酸亚铁晶体,其操作为加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤, K <wj0U  
故答案为:冷却结晶; t;?G)C  
5)流程中,固体X主要目的是将铁离子还原成亚铁离子,所以X可以是FeS2Fe,硫铁矿(FeS2)与硫酸铁发生氧化还原反应生成亚铁离子和硫酸根离子,反应的离子方程式为FeS2+14Fe3++8H2O═15Fe2++2SO42-+16H+ AQM^[l,oU  
故答案为:Fe FeS2+14Fe2++8H2O═15Fe2++2SO+16H+

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乙二醛(OHC-CHO)是纺织工业常用的一种有机原料,其工业生产方法主要是乙二醇(HOCH2CH2OH)气相催化氧化法和乙醛液相硝酸氧化法,乙二醇气相催化氧化的反应为:HOCH2CH2OH(g)+O2(g) OHC-CHO(g)+2H2O(g) ΔHK1

己知:OHC-CHO(g)+2H2HOCH2CH2OH(g)  ΔH2  K2 fx,qAUi  
H2(g)+l/2O2(g) H2O(g) ΔH3  K3 Jo Za2J1C  
则(1ΔH3=_______(用ΔH1ΔH2表示),相同温度下K1=_______(用K2K3表示)。 f=35@oQH  
已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为:2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g)ΔH=—173.6 kJ/mol

vF>e_S3  
2)图1、图2分别是CO2的平衡转化率随压强及温度的变化关系,已知为起始时的投料比,即 g)W)qtj[  
l中投料比相同,温度从高到低的顺序为________ !Mv||zS~  
2中.m1m2m3投料比从大到小的顺序为________ })p'mJ& H  
3)图3表示在总压为5MPa的恒压条件下,且m=3时,不同温度下各物质的物质的量分数与温度的关系。 M2[]T"_  
曲线b代表的物质为________(填化学式); 't)GlIf|  
3P点时,CO2的转化率为________

4)发展新能源汽车是国家战略,经过近10年的发展,目前我国新能源汽车产销量均达到80万辆,LiFePO4电池是新能源汽车关键部件之一,其工作原理如图所示。充电时,电极a与电源的_____极连接,电池驱动汽车前进时,正极的电极反应为:______________________

【答案】

1)(ΔH1+ΔH2)/2    K32/K2    6>VyrVe,  
2T3>T2>T1    m1>m2>m3  z }WqH4&@  
3CO2  66.7%      *\WWXPiW  
4)负Li1-xFePO4+x Li++x e=LiFePO4

【解析】

【分析】 %=5VMh87  
本题考查化学反应原理方面的知识,涉及盖斯定律的计算、化学平衡图像的问题等,比较综合,难度较大,解题的关键是对基础知识的掌握和对知识有一定的迁移能力。 E,k{VcU/  
【解答】 0}"B#m01  
1)乙二醇气相催化氧化的反应为: z.]SEDU+`  
HOCH2CH2OHg+O2g⇌OHC-CHOg+2H2Og△H1  K1= k8uL;3'  
OHC-CHOg+2H2⇌HOCH2CH2OHg△H2  K2= B,XqbyDDY  
盖斯定律计算(Ⅰ+Ⅱ×得到H2g+O2g⇌H2Og△H3=△H1+△H2),K3= d)3ZJ5qJ  
K1== lFKiF{jw  
故答案为:△H1+△H2); j]3]0<h]  
2该反应为放热反应,图1中投料比相同,降温平衡向正反应方向移动,CO2的平衡转化率(α)增大,温度从高到低的顺序为T3>T2>T1 6jR>jHt"  
一定温度下二氧化碳转化率随m(为起始时的投料比)增大而增大,相同温度下,增大氢气的量,平衡正向移动,二氧化碳的转化率增大,m1m2m3投料比从大到小的顺序为: m1>m2>m3 ; ^]Wrfrw  
3温度升高,平衡逆向移动,所以产物的物质的量是逐渐减少的,反应物的物质的量增大,由图可知,曲线a代表的物质为H2b表示CO2cH2O njTYOXji_  
设开始氢气的投入量是3nmol,则二氧化碳是nmol,二氧化碳的转化量是x 7EvX&P,  
                    2CO2g+6H2g⇌C2H5OHg+3H2O g z5lq8f41  
起始量(moln              3n              0                      0 )1z kIp0X4  
变化量(molx            3x                0.5x                1.5x :P c6}Pt  
平衡量(moln-x          3n-3x            0.5 x              1.5x K%@h9-NAAy  
Pac的体积分数相同,所以3n-3x=1.5x,解得x=n } 8(B+@]m  
由上述分析可知,曲线b代表的物质为CO2 x_>w?frG7s  
3P点时,CO2的转化率为×100%=66.7% a-]+C{  
4)原电池中阳离子向正极移动,锂离子向电极b移动,则电极b为正极,充电时b电极为阳极,a极为阴极,所以电极a与电源的负极连接;电池驱动汽车前进时,正极b极上Li1-xFePO4得电子产生LiFePO4,电极反应式为Li1-xFePO4 +xLi++xe-=LiFePO4 p?=#{w8i0l  
MMCY5  

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超顺磁性的Fe3O4粒子(粒子平均直径为25nm)在医疗上有重要作用,实验室制备方法如下:在有N2保护和剧烈搅拌条件下,向FeCl3FeCl2混合溶液中滴加氨水,可得到黑色的Fe3O4。实验装置如图:

请回答下列问题: 1QJg4q M  
1)恒压滴液漏斗的优点是________________________________________ (m"?;  
2N2的目的是____________,反应温度应控制在50℃,加热方法为______

3)制备超顺磁性Fe3O4粒子反应原理的离子方程式为_______________________

4)充分反应后,将三颈烧瓶中的混合物通过离心分离,然后水洗,最后用无水乙醇洗涤,用无水乙醇洗涤的优点是_____________;为了验证得到的固体是超顺磁性的Fe3O4粒子,实验操作:_____________________。为了检验超顺磁性粒子中含有+2价的铁,需要的化学试剂为_________________(填代号) N8|K6jk!G  
AKSCN溶液      BHCl溶液      CH2O2溶液      DK3[Fe(CN)6]溶液

5)实验制得的超顺磁性的Fe3O4粒子中含有少量的Fe(OH)3,为测得Fe3O4的含量,称取mg试样,放在小烧杯中用足量稀硫酸溶解后定容于100mL容量瓶中,准确量取其中的20.00mL溶液置于锥形瓶中,然后用c mol/LKMnO4溶液进行滴定,当________________________________________________停止滴定,然后重复二次滴定,平均消耗KMnO4溶液ⅴmL,该样品的纯度为________________(已知MnO+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O)

【答案】

1)能保证氨水顺利地滴入三颈烧瓶中 *}jO_E$  
2)防止FeCl3FeCl2混合溶液中的Fe2+被氧化;水浴加热 Tt[\:v0$  
3Fe2++2Fe3++8NH3·H2O=Fe3O4↓+8NH4++4H2O

4)能得到干燥的超顺磁性的Fe3O4粒子;将得到的固体分散在水中,做丁达尔效应实验;BD    WJ_3; |&J  
5)滴入最后一滴标准溶液,溶液变成紫红色,且30秒颜色无变化; ×100%

【解析】

【分析】

本题通过实验室制备超顺磁性的Fe3O4粒子为例考查了化学实验方案的评价,为高考常见题型,把握物质间的反应、实验操作为解答的关键,侧重分析与应用能力的综合考查,题目难度较大。

【解答】

1)恒压滴液漏斗使烧瓶内气压与漏斗能气压相同,能保证氨水顺利地滴入三颈烧瓶中, V7k /k>  
故答案为:能保证氨水顺利地滴入三颈烧瓶中; J/h2 m O  
2 Fe2+易被氧化,用N2保护;反应条件温度低于 100°C ,需要用水浴加热,水浴加热温度容易控制,加热均匀, pk7F   
故答案为:防止FeCl3FeCl2混合溶液中的Fe2+被氧化;水浴加热; bn %fJYu  
3)向FeCl3FeCl2混合溶液中滴加氨水,可得到黑色的Fe3O4,则制备Fe3O4粒子的离子方程式为:Fe2++2Fe3++8NH3·H2O=Fe3O4↓+8NH4++4H2O

故答案为:Fe2++2Fe3++8NH3·H2O=Fe3O4↓+8NH4++4H2O iZheM99zI  
4)水洗后用无水乙醇洗涤,洗去水分,得到干燥的超顺磁性的Fe3O4粒子;超顺磁性的Fe3O4粒子平均直径为25nm,溶于水形成胶体,利用胶体的丁达尔效应证明;根据亚铁离子遇铁氰化钾显蓝色沉淀,可以检验亚铁离子的存在,故用盐水溶解超顺磁性的Fe3O4粒子,然后加入铁氰化钾溶液, )U=7%]Yg?|  
故答案为:能得到干燥的超顺磁性的Fe3O4粒子;将得到的固体分散在水中,做丁达尔效应实验 BD

5)用KMnO4溶液滴定亚铁离子时,达到滴定终点时的现象是:滴入最后一滴标准溶液,溶液变成紫红色,且30秒颜色无变化;用KMnO4溶液进行滴定时的反应为:MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O,可得MnO4-5Fe2+设该样品的纯度为x

×cmol/L   =1:5

列比例解之可得x= ×100%

故答案为:滴入最后一滴标准溶液,溶液变成紫红色,且30秒颜色无变化;×100%

@F^#63 )%