Question

【題目】工業上用重鉻酸鈉(Na2Cr2O7)結晶后的母液(含少量雜質Fe3+)生產重鉻酸鉀 (K2Cr2O7)，其工藝流程及相關物質溶解度曲線如下圖所示。

（1）向Na2Cr2O7母液中加堿液調pH的目的是_____________________。

（2）通過冷卻結晶析出大量K2Cr2O7的原因是________________________________。

（3）固體A的主要成分為__________（填化學式），用熱水洗滌固體A，回收的洗滌液轉移到母液___________(填“I”“Ⅱ”或“Ⅲ”)中，既能提高產率又可使能耗降低。固體B的主要成分為___________________（填化學式）。

（4）測定產品中K2Cr2O7含量的方法如下：稱取產品試樣2.500 g 配成250 mL溶液，用移液管取出25.00 mL于碘量瓶中，加入10 mL 2 mol·L-l H2SO4溶液和足量KI溶液(鉻的還原產物為Cr3+)，放置于暗處5 min，然后加入100 mL蒸餾水、3 mL 淀粉指示劑，用0.1200 mol·L-l Na2S2O3標準溶液滴定(已知I2+ 2S2O32-=2I-+S4O62-)。

①酸性溶液中KI 與K2Cr2O7反應的離子方程式為_____________________________。

②若實驗中共用去Na2S2O3標準溶液40.00 mL，則所得產品中重鉻酸鉀的純度為__________%( 保留2 位小數，設整個過程中其他雜質不參與反應)。進一步提純產品的方法是___________________。

（5）+6價Cr的毒性很高，工業上用電解法來處理含Cr2O72-的廢水。下圖為電解裝置示意圖，電極材料分別為鐵和石墨。通電后，Cr2O72-在b極附近轉變為Cr3+，一段時間后Cr3+最終可在a 極附近變成Cr(OH)3沉淀而被除去。

①在以上處理過程中，Cr2O72-轉化為毒性較低的Cr3+的離子方程式為________________________。

②a電極的電極反應式是是____________________；電解一段時間后在陰極區有Fe(OH)3和Gr(OH)3沉淀生成，若電解后的溶液中c(Cr3+)為3×10-5mol·L-1，則溶液中c(Fe3+)為____________ mol·L-1。已知：Ksp=[Fe(OH)3]=4.0×10-38，K[Cr(OH)3]=6.0×10-31。

【答案】 除去Fe3+ 低溫下K2Cr2O7的溶解度遠小于其他組分，且隨溫度的降低，K2Cr2O7的溶解度明顯減小 NaCl Ⅱ K2Cr2O7 Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O 94.08 重結晶 Cr2O72-+6Fe2++ 14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O 2H++2e-=H2↑ 2×10-12

【解析】考查化學工藝流程，（1）根據題目信息，母液中含有少量的Fe3＋，加堿液的目的是除去Fe3＋；（2）根據溫度與溶解度的關系，K2Cr2O7的溶解度受溫度的影響較大，低溫時K2Cr2O7的溶解度遠小于其他組分，且溫度降低，K2Cr2O7的溶解度受溫度的影響較大；（3）母液I中加入KCl，發生Na2Cr2O7＋KCl=K2Cr2O7＋NaCl，采用冷卻降溫得到K2Cr2O7固體，即母液II中含有大量的NaCl，因此蒸發濃縮得到的固體是NaCl；冷卻結晶中有大量的K2Cr2O7析出，但溶液中含有少量的K2Cr2O7，蒸發濃縮時，NaCl表面附著一部分K2Cr2O7，為了提高產率又可使能耗降低，因此需要把洗滌液轉移到母液II中，達到類似富集的目的；因此固體B的主要成分是K2Cr2O7；（4）①根據操作，得出K2Cr2O7作氧化劑，本身被還原成Cr3＋，I－被氧化成I2，因此有Cr2O72－＋I－→Cr3＋＋I2，然后采用化合價升降法、原子守恒配平即可，離子方程式為Cr2O72－+6I－+14H＋=2Cr3＋+3I2+7H2O；②根據離子方程式，得出關系式為Cr2O72－～3I2～6S2O32－，則求出樣品中K2Cr2O7的質量為=2.352g，純度為2.352/2.500×100%=94.08%；進一步提純需要重新溶解，冷卻結晶，此方法叫重結晶；（5）①b電極為陽極，應是失去電子，化合價應升高，而Cr2O72－中Cr的化合價降低，因此b電極為鐵，此電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，然后利用Cr2O72－的氧化性，與Fe2＋發生反應，離子反應方程方式為Cr2O72－+6Fe2＋+ 14H＋=2Cr3＋+6Fe3＋+7H2O；②根據①的分析，a電極為陰極，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑；Cr3＋和Fe3＋共存在同一溶液中，因此有，解得c(Fe3＋)=2.0×10－12mol·L－1。

點睛：氧化還原反應方程式的書寫是學生的一個難點，學生往往找不出反應物或生成物，或者溶液的環境選錯，這是對題的理解上不透徹，如本題的(5)①根據信息，Cr2O72－在b極附近轉變為Cr3＋，b極為陽極，陽極上失去電子化合價升高，而現在Cr的化合價降低，因此只能說明b極的材料是Fe，Fe－2e－=Fe2＋，然后還原Cr2O7－，因此有Cr2O72－＋Fe2＋→Fe3＋＋Cr3＋，根據化合價升降法進行配平，即Cr2O72－＋6Fe2＋→2Cr3＋＋6Fe3＋，Fe2＋、Fe3＋、Cr3＋不與OH－大量共存，因此溶液顯酸性，根據反應前后所帶電荷數守恒、原子守恒進行配平即可。

【題型】綜合題
【結束】
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【題目】“低碳經濟”正成為科學家研究的主要課題，為了減少空氣中的溫室氣體，并且充分利用二氧化碳資源，科學家們設想了一系列捕捉和封存二氧化碳的方法。

（1）有科學家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相關熱化學方程式如下：

6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) ΔH=-76.0 kJ·mol-1

①上述反應中每生成1 mol Fe3O4，轉移電子的物質的量為_______mol。

②已知：C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H=+113.4kJ·mol-1，則反應：3FeO(s)+ H2O(g)= Fe3O4(s)+ H2(g)的△H=__________。

（2）用氨水捕集煙氣中的CO2生成銨鹽是減少CO2排放的可行措施之一。

①分別用不同pH的吸收劑吸收煙氣中的CO2，CO2脫除效率與吸收劑的pH關系如圖所示，若煙氣中CO2的含量（體積分數）為12％，煙氣通入氨水的流量為0.052 m3·h-1(標準狀況)，用pH為12.81的氨水吸收煙氣30min，脫除的CO2的物質的量最多為____________(精確到0.01)。

②通常情況下溫度升高，CO2脫除效率提高，但高于40℃時，脫除CO2效率降低的主要原因是______________。

（3）一定條件下，Pd-Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”從而變廢為寶，其反應機理如圖所示。

①該反應的化學方程式為______________________；反應過程中碳元素的化合價為-2價的中間體是_________________。

②向一容積為2 L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃時發生上述反應，達到平衡時各物質的濃度分別為CO2：0.2 mol·L-1、H2：0.8 mol·L-1、CH4：0.8 mol·L-1、H2O：1.6 mol·L-1，CO2的平衡轉化率為_________________；300℃時上述反應的平衡常數K=___________________。

③已知該反應正反應放熱，現有兩個相同的恒容絕熱(與外界無熱量交換)密閉容器Ⅰ、Ⅱ，在Ⅰ中充入1molCO2和4molH2，在Ⅱ中充入1molCH4和2molH2O(g)，300℃下開始反應。達到平衡時，下列說法正確的是___________________(填字母)。

A.Ⅰ、Ⅱ中正反應速率相同

B.容器Ⅰ、Ⅱ中CH4的物質的量分數相同

C.容器Ⅰ中CO2的物質的量比容器Ⅱ中的多

D.容器Ⅰ中CO2的轉化率與容器Ⅱ中CH4的轉化率之和小于1

Answer 1

【答案】 2 +18.7kJ·mol-1 0.13mol 碳酸氫銨受熱分解生成二氧化碳，氨水受熱揮發 CO2+4H2CH4+2H2O MgOCH2 80% 25 CD

【解析】（1）考查得失電子的計算、熱化學反應方程式的計算，①根據反應方程式，只有CO2中C的化合價降低，生成1molFe3O4時消耗0.5molCO2，即轉移電子物質的量為0.5×4mol=2mol；②6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) ①，C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) ②，(①＋②)/2，得出△H=(－76.0＋113.4)/2kJ·mol－1=＋18.7kJ·mol－1；（2）考查化學計算、化學反應控制條件，①pH=12.81，此時的CO2脫除效率為91.6%，脫除CO2的物質的量最多為mol=0.13mol；②氨水受熱易揮發，溫度過高，造成氨水揮發，吸收CO2的量減少，CO2與NH3反應后生成NH4HCO3，NH4HCO3受熱分解，造成CO2脫除效率降低；（3）考查化學平衡的計算、勒夏特列原理，①根據反應機理，整個過程中加入物質是CO2和H2，生成的是CH4和H2O，因此反應方程式為CO2+4H2CH4+2H2O；Mg為＋2價，H為＋1價，O為－2價，因此表現－2價的中間體為MgOCH2；② CO2+4H2CH4+2H2O

平衡： 0.2 0.8 0.8 1.6

變化：0.8 3.2 0.8 1.6

起始：1 4 0 0，CO2的轉化率為0.8/1×100%=80%；根據平衡常數的定義，K==25；③A、正反應是放熱反應，反應I是向正反應方向進行，溫度升高，化學速率快，反應II是向逆反應方向進行，向吸熱反應方向進行，溫度降低，化學反應速率變緩，故A錯誤；B、反應I向正反應方向進行，溫度升高，容器為恒容絕熱，對向正反應方向進行起到抑制，因此兩個容器中CH4的質量分數不同，故B錯誤；C、根據B選項分析，故C正確；D、如果容器是恒溫恒容，則CO2的轉化率與反應II中CH4的轉化率之和為1，因為是恒容絕熱容器，轉化率都要降低，因此兩者轉化率的和小于1，故D正確。