- 从海水中提取重水——电解法
- 共657题
用离子交换法从海带中提取碘是一种较为先进的制碘工艺应用技术。
①浸泡海带：取海带500g，加13～15倍水量分两次浸泡，得浸出液6000mL左右，碘含量为0.5g/L。
②碱化浸出液除褐藻糖胶：即海带浸出液1000mL，加入浓度为40% 的NaOH溶液，控制pH值为12左右，充分搅拌后使褐藻酸钠絮状沉淀而沉降。采用倾析法分离出清液。
③氧化游离：向上述清液中加入浓度为6mol× L-1的H2SO4溶液，使pH值为1.5～2。往酸化后溶液中加入NaClO溶液或H2O2溶液，充分搅拌并观察溶液颜色变化。待溶液由淡黄逐渐变成棕红色即表明I－离子已转变为多碘离子（I3－）。
④交换吸附：氯型强碱性阴离子交换树脂（R—Cl表示）注入交换柱中（树脂层高度为12cm），如右图连接交换装置，待溶液全部通过后，树脂颜色变为黑红色。
⑤洗脱：分两步进行
第一步：取8～10% 的NaOH溶液40mL注入交换柱中。在强碱作用下，树脂颜色逐渐变浅，待树脂基本褪色后，放出溶液，收集于一小烧杯中为碱性洗脱液。
第二步：取10% 的NaCl溶液40mL注入上述交换柱中。稍待一会儿，慢慢放出溶液收集于另一小烧瓶中，为氯化钠洗脱液。
⑥往碱性洗脱液中滴加H2SO4溶液（6mol/L），烧杯底部会析出一层泥状粗碘。
⑦往氯化钠洗脱液中滴加H2SO4溶液（6mol/L）使之酸化，再滴加10% 的NaNO2溶液（在通风橱中进行）。待溶液由无色转变为棕红色直至出现棕黑色浑浊。
⑧离心分离即得粗碘。
试回答下列问题
（1）步骤③在酸性条件下用NaClO（或H2O2）氧化碘的离子方程式： ，
及I2 +I－
（2）第④步发生的离子反应为： 。
（3）步骤⑤洗脱时第一步发生的离子反应为（洗脱液中含有I－和IO3－离子）：
；第二步洗脱发生的离子反应为： 。
（4）步骤⑦发生反应的离子方程式为 。
正确答案
（1）2I－＋ClO－＋2H+ = I2＋Cl－＋H2O（或 2I－+2H++H2O2=I2+2H2O）； 用淀粉试纸
（2）R－Cl＋I3－= R－I3＋Cl－
（3）3R－I3＋6OH－ = 3R－I＋5I－＋IO3－＋3H2O；R－I＋Cl－ = R－Cl＋I－。
（4）2I－＋2NO2－＋4H+ = I2＋2NO↑＋2H2O
本题考查用离子交换法从海带中提取碘。（1）NaClO（或H2O2）在酸性条件下有强氧化性，将I－氧化成I2；（2）离子交换的原理，根据颜色变化可知，I3－交换Cl－，方程式为R－Cl＋I3－= R－I3＋Cl－ ；（3）在强碱作用下，树脂颜色逐渐变浅，根据洗脱液中含有I－和IO3－离子，说明R－I3转化为I－和IO3－，方程式为：3R－I3＋6OH－ = 3R－I＋5I－＋IO3－＋3H2O；加入Cl－与I－交换，R－I＋Cl－ = R－Cl＋I－；（4）在酸性条件下NO2－具有氧化性，将I－氧化成 I2。
（10分）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节能30％以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出：
回答下列有关问题：
（1）电解池的阴极反应式为___________________________。
（2）通入空气的电极的电极反应式为___________________________，燃料电池中阳离子的移动方向_________________________（“从左向右”或“从右向左”）。
（3）电解池中产生2 mol Cl2，理论上燃料电池中消耗O2的物质的量为_____________。
（4）a、b、c的大小关系为：_____________。
正确答案
（1）2H2O + 2e－= H2↑ + 2OH－ （或2H++ 2e－="==" H2↑）
（2）O2 + 2H2O + 4e－= 4OH－ 从左向右
（3）1 mol （4）c>a>b
(1)电解饱和氯化钠溶液时，阴极是氢离子放电，生成氢气。
（2）在原电池中负极失去电子，发生氧化反应。正极得到电子发生还原反应。通入空气，说明该电极是正极，氧气得到电子。在原电池中电子通过导线从负极传递到正极上，所以溶液中的阳离子向正极移动。
（3）电解池中产生2 mol Cl2，则反应中转移电子4mol，根据得失电子守恒可知，消耗氧气是1mol。
（4）因为在燃料电池的正极附近产生大量的OH－，而在负极附近，氢离子放电的同时需要消耗OH－，所以其浓度大小顺序为c>a>b。
实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下：
已知实验室可用饱和亚硝酸钠（NaNO2）溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。
（1）从图中选择制取气体的合适装置：
氮气 、氢气
（2）氮气和氢气通过甲装置，甲装置的作用除了将气体混合外，还有 、
（3）氨合成器出来经冷却的气体连续通人乙装置的水中吸收氨， （“会”或“不会”）发生倒吸，原因是： 。
（4）写出乙装置中氨催化氧化的化学方程式：
（5）反应结束后锥形瓶内的溶液中含有H+、OH-、 、 离子。
正确答案
（1）氮气:a 、氢气b （2分）
（2）干燥气体； 控制氢气和氮气的流速 （2分）
（3）不会，因为混合气体中含大量的不溶于水的氮气和氢气 （2分）
（4）4NH3 +5 O2 
（5）NH4+, NO3-（2分）
试题分析：（2）浓硫酸作干燥气体用，同时可控制氢气和氮气的流速；
（3）混合气体中含大量的不溶于水的氮气和氢气，不会使装置内压强急剧下降，因而不会发生倒吸现象；
（4）不难看出，该反应中，铂作催化剂，再配平方程式即可；
（5）反应中有部分NO与氧气反应溶于水，同时有部分NH3溶于水，因而溶液中还含有NH4+, NO3-离子。
点评：本题考查合成氨和氨催化氧化，结合氮气、氧气、一氧化氮及氨气的性质，不难给出答案。
（13分）工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：
（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H2O(g)
（2）合成塔中发生反应N2(g)+3H2(g)
（3）N2和H2在铁作催化剂作用下从145℃就开始反应，不同温度下NH3产率如图所示。温度高于900℃时，NH3产率下降的原因 。
（4）在上述流程图中，氧化炉中发生反应的化学方程式为___________。
（5）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气。目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：
CH4(g)+4NO2(g)＝4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= －574kJ·mol－1
CH4(g)+4NO(g)＝2N2(g)+CO2(g) +2H2O(g) △H= －1160kJ·mol－1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为：________________________。
（6）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式____________________，科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极是__________（填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为_______________________。
正确答案
（1）1 （2）＜ （3）温度高于900℃时，平衡向左移动。（4）
（5）CH4(g)+2NO2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g)+N2(g) △H＝－867kJ/mol
（6）4NH3+3O2 2N2+6H2O；负极； 2NH3 — 6e- + 6OH- =N2 +6H2O
（1）起始时CO和水蒸气的物质的量浓度分别是0.2mol/L和0.3mol/L。平衡时氢气时0.12mol/L，所以生成CO2也是0.12mol/L，消耗CO和水蒸气都是0.12molL/L，因此平衡时CO和水蒸气的物质的量浓度分别是0.08mol/L和0.18mol/L，因此平衡常数K＝
（2）因为是放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以T1＜300℃。
（3）因为是放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动，即温度高于900℃时，平衡向左移动，所以产率降低。
（4）氧化炉中发生的是氨的催化氧化，所以方程式为
（5）考查盖斯定律的应用，（①＋②）÷2即得到CH4(g)+2NO2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g)+N2(g)，所以反应热是（－574kJ·mol－1－1160kJ·mol－1）÷2＝－867kJ/mol。
（6）根据反应物和生成物可知，方程式为4NH3+3O2 2N2+6H2O。氨气在反应中失去电子，所以在负极通入，电极反应式为2NH3 — 6e- + 6OH- =N2 +6H2O。
电子产品产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某化学兴趣小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：
按要求回答下列问题：
(1)滤渣1中存在的金属有_____________。
(2)已知沉淀物的pH如下表：
①则操作②中X物质最好选用的是___________(填编号)
a．酸性高锰酸钾溶液 b．漂白粉 c．氯气 d．双氧水
②理论上应控制溶液pH的范围是________________________。
(3)检验滤液2中既不存在Fe2+又不存在Fe3+的操作步骤是____________________。
(4)用一个离子方程式表示在酸浸液中加入适量铝粉的反应：___________________。
(5)由CuSO4·5H2O制备CuSO4时，应把CuSO4·5H2O放在______(填仪器名称)中加热脱水。
(6)现在某些电器中使用的高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为 3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O
正确答案
(15分，除标明1分外，其余每空均为2分) (1)Au、Pt(对一个给1分，错一个倒扣1分)
(2)①d ；②4.4≤pH＜4.9(1分，或大于等于4.4，小于4.9；或［4.4，4.9)；其它合理均正确，但要准确：大于等于4.4，小于4.9。如果不准确该空不得分。)
(3)①取少量滤液于试管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不变红证明不存在Fe3+，③继续向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不变红证明不存在Fe2+。(三点少一点扣1分，扣完为止。其它答案合理酌情给分。)
(4)Al+ Fe3+＝Fe＋Al3+(如果有加氢离子的也给分) (5)坩埚(1分，字错误不得分)
(6) Zn—2e— +2OH—= Zn(OH)2；3(1分)；Fe(OH)3—3e— + 5OH—= FeO42－ + 4H2O
试题分析：（1）向混合物中加稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe被硝酸氧化，而Au或Pt不能被硝酸氧化，所以滤渣1的成分是Pt和Au。
（2）①滤液1中的含有的金属阳离子Cu2+、Al3+、Fe2+，根据沉淀氢氧化物时的pH值可知，要得到硫酸铜硫酸铜晶体，需要形成氢氧化铁或氢氧化铝晶体。由于溶液中含有亚铁离子，而亚铁离子沉淀时的pH超过铜离子的，所以第②步加入氧化剂的目的是把Fe2+氧化为Fe3+，该氧化剂的优点是不引入杂质，产物对环境物污染，所以最好的是双氧水，答案选d。
②调溶液PH的目的是使Fe3+和Al3+形成沉淀，而铜离子不能形成沉淀，所以理论上应控制溶液pH的范围是4.4≤pH＜4.9。
（3）亚铁离子具有还原性，而铁离子能和KSCN溶液发生显色反应，所以检验滤液2中既不存在Fe2+又不存在Fe3+的操作步骤是①取少量滤液于试管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不变红证明不存在Fe3+，③继续向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不变红证明不存在Fe2+。(三点少一点扣1分，扣完为止。其它答案合理酌情给分。)
（4）滤渣2的成分为氢氧化铁和氢氧化铝，加入稀硫酸生成硫酸铁和硫酸铝，所以要得到硫酸铝晶体，需要除去铁离子，因此加入单质铝的目的是置换出溶液中的铁，反应的离子方程式是Al+ Fe3+＝Fe＋Al3+。
（5）固体加热脱水应该在坩埚值完成，所以第③步由五水硫酸铜制备硫酸铜的方法应是在坩埚中加热脱水。
（6）原电池中负极失去电子，发生氧化反应。所以根据总的方程式可知，锌是还原剂，作负极，电极反应式是Zn—2e— +2OH—= Zn(OH)2；铁元素的化合价从＋6价降低到＋3价，得到3个电子，所以每有1mol K2FeO4被还原，转移电子的物质的量为3mol；充电相当于电解，电解池中阳极失去电子，发生氧化反应，所以根据反应的总方程式可知，充电时阳极电极反应式是Fe(OH)3—3e— + 5OH—= FeO42－ + 4H2O。
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