Question

【題目】化學(xué)反應(yīng)原理在化工生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中有著廣泛而重要的應(yīng)用。

Ⅰ.利用含錳廢水(主要含Mn2＋、SO、H＋、Fe2＋、Al3＋、Cu2＋)可制備高性能磁性材料碳酸錳(MnCO3)。其中一種工藝流程如下：

已知某些物質(zhì)完全沉淀的pH如下表：

沉淀物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Cu(OH)2	Mn(OH)2	CuS	MnS	MnCO3
沉淀完全時(shí)的pH	3.2	5.4	6.4	9.8	≥0	≥7	≥7

回答下列問題：

（1）過程②中，所得濾渣W的主要成分是______________________。

（2）過程③中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是______________________。

（3）過程④中，若生成的氣體J可使澄清石灰水變渾濁，則生成MnCO3的反應(yīng)的離子方程式是_______________________。

（4）由MnCO3可制得重要的催化劑MnO2：2MnCO3＋O2===2MnO2＋2CO2。現(xiàn)在空氣中加熱460.0 g MnCO3，得到332.0 g產(chǎn)品，若產(chǎn)品中雜質(zhì)只有MnO，則該產(chǎn)品中MnO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是________(用百分?jǐn)?shù)表示，小數(shù)點(diǎn)后保留1位小數(shù))。

Ⅱ.常溫下，濃度均為0.1 mol·L－1的下列六種溶液的pH如下表：

溶質(zhì)	CH3COONa	NaHCO3	Na2CO3	NaClO	NaCN/span>	C6H5ONa
pH	8.8	9.7	11.6	10.3	11.1	11.3

（1）上述鹽溶液中的陰離子，結(jié)合H＋能力最強(qiáng)的是_______________________。

（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，濃度均為0.01 mol·L－1的下列物質(zhì)的溶液中，酸性最強(qiáng)的是________(填序號(hào))。

A. HCN　 B. HClO　 C. C6H5OH　 D. CH3COOH E. H2CO3

Ⅲ.已知:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH = Q kJ·mol-1其平衡常數(shù)隨溫度變化如下表所示:

溫度/℃	400	500	850
平衡常數(shù)	9.94	9	1

請回答下列問題:

（1）上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為___,該反應(yīng)的Q____(填“>”或“<”)0。

（2）850 ℃時(shí),向體積為10 L的反應(yīng)器中通入一定量的CO和H2O(g),發(fā)生上述反應(yīng),CO和H2O(g)的濃度變化如圖所示,則0~4 min時(shí)平均反應(yīng)速率v(CO)=____。

（3）若在500 ℃時(shí)進(jìn)行上述反應(yīng),且CO、H2O(g)的起始濃度均為0.020 mol·L-1,該條件下,CO的最大轉(zhuǎn)化率為____。

（4）若在850 ℃時(shí)進(jìn)行上述反應(yīng),設(shè)起始時(shí)CO和H2O(g)共為1 mol,其中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)為x,平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為y,試推導(dǎo)y隨x變化的關(guān)系式:____。

Answer 1

【答案】 Fe(OH)3、Al(OH)3 MnS＋Cu2＋===Mn2＋＋CuS Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O 78.6% CO D K= < 0.03 mol·L-1·min-1 75% y=x

【解析】Ⅰ.(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，氫氧化鋁完成沉淀的pH為5.2，氫氧化鐵完全沉淀的pH為3.7，所以調(diào)節(jié)pH在5.2，F(xiàn)e2+和Al3+均以Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀狀態(tài)存在，即濾渣的成分為：Fe(OH)3、Al(OH)3，故答案為：Fe(OH)3、Al(OH)3；

(2)CuS在pH≥0時(shí)完全沉淀，而MnS在pH≥7時(shí)完全沉淀，所以加入MnS是為了使其中Cu2+產(chǎn)生CuS沉淀除去，故攪拌目的是使MnS 與 Cu2+快速、充分反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式：MnS+Cu2+=Mn2++CuS↓，故答案為：MnS+Cu2+=Mn2++CuS↓；

(3)生成的氣體J可使澄清石灰水變渾濁，該氣體為二氧化碳，Mn2+和加入的HCO3-反應(yīng)，產(chǎn)生CO2氣體和MnCO3沉淀，反應(yīng)的離子方程式：Mn2++2HCO3-=MnCO3+CO2↑+H2O，故答案為：Mn2++2HCO3-=MnCO3+CO2↑+H2O；

(4)MnCO3受熱分解為MnO，MnO部分氧化為MnO2，產(chǎn)品中雜質(zhì)有MnO，460.0 gMnCO3的物質(zhì)的量為：=4mol，受熱產(chǎn)生4molMnO，設(shè)產(chǎn)生MnO2物質(zhì)的量為xmol，即有xmolMnO氧化，剩余MnO為(4-x)mol，產(chǎn)物的總質(zhì)量為：(4-x)mol×71g/mol+xmol×87g/mol=332g，解得x=3，則MnO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%=78.6%，故答案為：78.6%；

Ⅱ.(1)酸的電離平衡常數(shù)越小，則酸的電離程度越小，酸根離子水解程度越大，相同濃度的鈉鹽溶液的pH越大，結(jié)合氫離子能力越大，根據(jù)溶液的PH知，酸性最強(qiáng)的酸是醋酸，最弱的酸是碳酸氫根離子，則結(jié)合氫離子能力最大的是CO32-，故答案為：CO32-；

(2)酸的電離平衡常數(shù)越大，酸的電離程度越大，則酸的酸性越強(qiáng)，酸根離子水解程度越小，相同濃度的鈉鹽溶液的pH越小，所以酸性最強(qiáng)的是醋酸；故答案為：D；

Ⅲ.(1)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)為K=；由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡逆向應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H=Q＜0，故答案為：；＜；

(2)v(CO)==0.03mol/(Lmin)，故答案為：0.03mol/(Lmin)；

(3)到達(dá)平衡時(shí)CO的 轉(zhuǎn)化率最大，設(shè)CO的濃度變化量為c，則：

CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)

起始(mol/L)：0.02 0.02 0 0

轉(zhuǎn)化(mol/L)： c c c c

平衡(mol/L)：0.02-c 0.02-c c c

500℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)K==9，解得c=0.015，CO的最大所以轉(zhuǎn)化率為：×100%=75%，故答案為：75%；

(4)800℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)為1，起始時(shí)水的物質(zhì)的量為xmol，CO的物質(zhì)的量為 (1-x)mol，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為y，則轉(zhuǎn)化的CO為(1-x)y mol，則：

CO(g) + H2O(g)H2(g)+CO2(g)

起始(mol)： 1-x x 0 0

轉(zhuǎn)化(mol)： (1-x)y (1-x)y (1-x)y (1-x)y

平衡(mol)：(1-x)(1-y) (x-y+xy) (1-x)y (1-x)y

所以平衡常數(shù)K==1，整理得x=y，故答案為：x=y。