- 氧化还原反应的配平
- 共1760题
为探索工业含铝、铁、铜合金废料的再利用,甲同学设计的实验方案如下:
请回答:
(1)操作①用到的玻璃仪器有 。
(2)写出反应①的化学方程式: ,反应②的离子反应方程式: 。
(3)设计实验方案,检测滤液D中含有的金属离子(试剂自选) 。
(4)在滤渣E中加入稀硫酸和试剂Y制胆矾晶体是一种绿色化学工艺,试剂Y为无色液体,反应④的总化学方程式是 。
(5)乙同学在甲同学方案的基础上提出用滤渣B来制备FeCl3·6H2O晶体,在滤渣中滴加盐酸时,发现反应速率比同浓度盐酸与纯铁粉反应要快,其原因是 。
将所得氯化铁溶液用加热浓缩、降温结晶法制得FeCl3·6H2O 晶体,而不用直接蒸发结晶的方法来制得晶体的理由是 。
(6)将滤渣B的均匀混合物平均分成四等份,分别加入同浓度的稀硝酸,充分反应后,在标准状况下生成NO的体积与剩余金属的质量见下表(设硝酸的还原产物只有NO)。
则硝酸的浓度为 ;③中溶解铜的质量为 ;④中V= 。
正确答案
(1)烧杯、漏斗、玻璃棒
(2)2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
(3)取少量滤液D加入NaOH溶液,产生白色沉淀,白色沉淀迅速变成灰绿色最后变成红褐色(合理即可)
(4)Cu+H2O2+H2SO4+3H2O=CuSO4·5H2O(或Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O)
(5)铁粉与杂质铜形成原电池,加快了反应速率 因为氯化铁是强酸弱碱盐水解生成氢氧化铁和盐酸,加热蒸干时使HCl挥发造成水解平衡右移,因此得不到FeCl3·6H2O 晶体
(6)2 mol/L 4.8 g 4.48
(1)操作①是过滤。(2)金属中只有铝能和氢氧化钠溶液反应生成AlO2-, AlO2-和足量CO2生成Al(OH)3沉淀和HCO3-。(3)滤液D中含有Fe2+,可以利用其和碱生成沉淀时的颜色变化、自身不能使KSCN溶液变红而氧化后变红的性质进行检验。(4)H2O2是绿色氧化剂,还原产物是H2O。(5)里面有杂质铜,形成原电池,加快了反应速率;Fe3+很易发生水解。(6)滤渣B中含有Fe和Cu,分析实验①到②和②到③的过程可知:①到②时,金属过量,硝酸完全反应,100 mL HNO3共产生="0.05" mol NO,消耗金属4.2 g,由反应:
3Fe + 8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O
3×56 g 8 mol 2 mol
4.2 g 0.2 mol 0.05 mol
知:消耗的4.2 g金属恰好为Fe,且可推知①中消耗的也为Fe且质量为4.2 g,同时求得HNO3的浓度为:="2" mol·L-1。又由反应:
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
3×64 g 2 mol
m(Cu) 0.05 mol
得:m(Cu)= g="4.8" g可知:②到③中溶解的4.8 g金属恰好是Cu,即铜的总质量即为4.8 g;根据前面的分析可知:④与③相比多加的100 mL HNO3是与Fe2+反应:
3Fe2+ + 4H+ + NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O
3 mol 4 mol 1 mol 22.4 L
0.15 mol 0.2 mol0.2 mol V′
即V′=="1.12" L。
故V=3.36+1.12=4.48。
近年来,高锰酸钾在饮用水和工业污水处理领域的消费需求增长较快。实验室可用二氧化锰为主要原料制备高锰酸钾。其部分流程如下:
(1)第①步中采用铁坩埚而不用瓷坩埚的原因是(用化学方程式表示)________________________________________。
(2)KOH、KClO3和MnO2共熔反应生成墨绿色K2MnO4的化学方程式为________________________________________。
(3)第④步通入CO2可以使MnO42—发生反应,生成MnO4—和MnO2。则K2MnO4完全反应时,转化为KMnO4的百分率约为________(精确到0.1%)。
(4)第⑤步趁热过滤的目的是______________________________________。
(5)第⑥步加热浓缩至液面有细小晶体析出时,停止加热,冷却结晶、________、洗涤、干燥。干燥过程中,温度不宜过高,因为____________________________________。
正确答案
(1)SiO2+2KOH=K2SiO3+H2O
(2)6KOH+KClO3+3MnO2KCl+3K2MnO4+3H2O
(3)66.7 %
(4)减少过滤时的损耗(或防止降温过程中KMnO4析出而损耗)
(5)过滤 温度过高KMnO4会分解
流程中先将MnO2转化为K2MnO4,K2MnO4发生自身氧化还原反应生成KMnO4。(1)第①步中采用铁坩埚而不用瓷坩埚是由于后者含有的SiO2在高温下会与KOH发生反应:SiO2+2KOH=K2SiO3+H2O。(2)KOH、KClO3和MnO2共熔时,MnO2被氧化为K2MnO4,KClO3被还原为KCl,化学方程式为6KOH+KClO3+3MnO2KCl+3K2MnO4+3H2O。(3)第④步通入CO2可以使MnO42—发生反应,根据得失电子守恒可知生成MnO4—和MnO2的物质的量之比为2∶1,则K2MnO4完全反应时,转化为KMnO4的百分率约为66.7 %。(4)第⑤步趁热过滤的目的是防止降温过程中KMnO4析出而损耗。(5)干燥过程中,温度不宜过高,否则KMnO4会分解。
铁及其化合物在生产、生活中存在广泛用途,完成下列填空。
(1)如图所示为铁元素在周期表中的信息,方格中“55.85”的意义为: 。铁原子核外有 种运动状态不同的电子。
(2)二茂铁[Fe(C5H5)2]是一种有机金属化合物,熔点172℃,沸点249℃,易升华,难溶于水易溶于有机溶剂。二茂铁属于 晶体;测定表明二茂铁中所有氢原子的化学环境都相同,则二茂铁的结构应为图中的 (选填“a”或“b”)。
(3)绿矾(FeSO4·7H2O)可用于治疗缺铁性贫血,其水溶液露置于空气中会变质,
写出发生变质反应的离子方程式 。
(4)无水FeCl3是水处理剂,遇潮湿空气即产生白雾,易吸收空气中的水分成为结晶氯化铁(FeCl3·6H2O)。制备无水FeCl3的试剂是 。
(5)高铁酸盐也是常用的水处理剂。高铁酸钠(Na2FeO4)可用如下反应制备:
2FeSO4 + 6Na2O2 → 2Na2FeO4 + 2Na2O + 2Na2SO4 + O2↑,若生成2mol Na2FeO4,则反应中电子转移的物质的量为 mol。
(6)高铁酸盐可将水体中的Mn2+氧化为MnO2进行除去,若氧化含 Mn2+ 1mg的水体样本,需要1.2 mg/L高铁酸钾 L。
正确答案
(1)铁元素的相对原子量(或铁元素的原子量)(1分) 26种(1分)
(2)分子晶体(1分) b(1分)
(3)12Fe2++ 6H2O + 3O2 → 8 Fe3++ 4Fe(OH)3(2分)
(4)铁和氯气(2分)
(5)10mol(2分)
(6)2 L (2分)
试题分析:(1)55.85表示铁元素的相对原子量(或铁元素的原子量);铁元素核外电子数是26,所以铁原子核外有26种运动状态不同的电子。
(2)二茂铁[Fe(C5H5)2]是一种有机金属化合物,熔点172℃,沸点249℃,易升华,难溶于水易溶于有机溶剂,这说明二茂铁属于分子晶体;由于二茂铁中所有氢原子的化学环境都相同,这说明分子的结构对称,因此二茂铁的结构应为右图中的b。
(3)亚铁离子具有还原性易被氧化,所以发生变质反应的离子方程式为12Fe2++ 6H2O + 3O2 → 8 Fe3++ 4Fe(OH)3。
(4)FeCl3遇潮湿空气即产生白雾,易吸收空气中的水分成为结晶氯化铁(FeCl3·6H2O),因此一般不通过复分解反应制备氯化铁,所以制备无水FeCl3的试剂是铁和氯气。
(5)根据反应式可知,反应中铁元素的化合价从+2价升高到+6计算,失去4个电子。另外过氧化钠中氧元素的化合价从-1价升高到0价,失去1个电子,则生成1mol氧气转移2mol电子,所以若生成2mol Na2FeO4,则反应中电子转移的物质的量为2mol×4+2mol=10mol。
(6)反应中锰元素的化合价从+2价升高到+4价,失去2个电子。而铁元素的化合价从+6价降低到+3价,所以根据电子得失守恒可知,若氧化含 Mn2+ 1mg的水体样本,设需要1.2 mg/L高铁酸钾溶液的体积为V,则×3=
×2,解得V=2L。
铜单质及其化合物是应用极其广泛的物质。
(1)铜是氢后金属,不能与盐酸发生置换反应,但将单质铜置于浓氢碘酸中,会有可燃性气体及白色沉淀生成,又知氧化性:Cu2+>I2,则铜与氢碘酸反应的化学方程式为__________________________________
(2)已知Cu2O能溶于醋酸溶液或盐酸中,同时得到蓝色溶液和红色固体,则Cu2O与稀硫酸反应的离子方程式为____________________________________;
Cu2O与稀硝酸反应的离子方程式为_____________________________;
只用稀硫酸来确定某红色固体是 Cu2O与Cu组成的混合物的方法:称取m g该红色固体置于足量稀硫酸中,充分反应后过滤,然后___________________。
(3)Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解装置如图所示,电解总反应:2Cu+H2OCu2O+H2↑,则石墨应与电源的________极相连,铜电极上的电极反应式为________;电解过程中,阴极区周围溶液pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(4)现向Cu、Cu2O、CuO组成的混合物中加入1 L 0.6 mol/L HNO3恰好使混合物溶解,同时收集到2 240 mL NO(标准状况)。若将上述混合物用足量的氢气还原,所得固体的质量为________;若混合物中含有0.1 mol Cu,将该混合物与稀硫酸充分反应,至少消耗硫酸的物质的量为________。
正确答案
(1)2Cu+2HI=2CuI+H2↑
(2)Cu2O+2H+=Cu+H2O+Cu2+ 3Cu2O+14H++2NO=6Cu2++2NO↑+7H2O 洗涤、干燥剩余固体后称量,固体质量大于g
(3)负 2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O 变大
(4)16 g 0.1 mol
(1)由题中信息知生成的气体产物是氢气,则白色沉淀是铜的化合物CuI,相应的反应为置换反应。
(2)Cu2O中铜为+1价,Cu2O与稀硫酸反应生成的单质铜为红色固体,生成的铜盐溶液呈蓝色。由于题目提供了样品的质量且限定试剂只用稀硫酸,故应从反应结束后剩余固体的质量角度考虑鉴定结果:若红色固体只是Cu2O,则与稀硫酸充分反应后得到固体的质量为,若最终固体的质量大于
g,则该红色固体为混合物。(3)从电解总反应知:Cu被氧化,铜电极作阳极,电极反应式为2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O,石墨应与电源负极相连,阴极上消耗H+产生H2,故阴极周围pH变大。(4)混合物与稀硝酸反应生成0.1 mol NO,由氮元素守恒知生成Cu(NO3)2的物质的量为(1 L×0.6 mol/L-0.1 mol)÷2=0.25 mol,由此知原混合物中共含有0.25 mol铜元素;故混合物被氢气还原后可得到0.25 mol Cu,其质量为16 g。依据得失电子守恒原理得,n(Cu2O)=(0.1 mol×3-0.1 mol×2)÷2=0.05 mol,n(CuO)=0.25 mol-0.1 mol-0.05 mol×2=0.05 mol,则0.05 mol Cu2O、0.05 mol CuO与稀硫酸反应后生成0.1 mol CuSO4,则至少需要0.1 mol硫酸。
随着材料科学的发展,金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用,并被誉为“合金的维生素”.为回收利用含钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣),科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺,回收率达91.7%以上.部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示:
请回答下列问题:
(1)23V在元素周期表位于第______周期______族.工业上由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法,其用化学方程式表示为______.
(2)反应①的目的是______.
(3)该工艺中反应③的沉淀率(又称沉矾率)是回收钒的关键之一,写出该步发生反应的离子方程式______.
(4)用酸化的H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液,以测定反应②后溶液中含钒量,写出配平后完整的离子方程式.
______VO2++______H2C2O4+______H+→______VO2++______ CO2+______.
(5)经过热重分析测得:NH4VO3在焙烧过程中,固体质量的减少值(纵坐标)随温度变
化的曲线如右图所示.则NH4VO3在分解过程中______.
A.先分解失去H2O,再分解失去NH3
B.先分解失去NH3,再分解失去H2O
C.同时分解失去H2O和NH3
D.同时分解失去H2、N2和H2O.
正确答案
(1)钒核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,处于d区,故钒处于第四周期第ⅤB族;铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝,反应方程式为3V2O5+10Al 6V+5Al2O3,
故答案为:四;VB;3V2O5+10Al 6V+5Al2O3;
(2)加入硫酸和亚硫酸钠,目的是利用氧化还原反应,用亚硫酸钠还原V2O5,将V2O5 转化为可溶性的VOSO4,便于提纯,
故答案为:将V2O5 转化为可溶性的VOSO4;
(3)根据NH4VO3难溶于水,利用复分解反应沉淀VO3-,离子方程式为:NH4++VO3-=NH4VO3↓,
故答案为:NH4++VO3-=NH4VO3↓;
(4)测定反应②溶液中钒的含量,可用已知浓度的酸化H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液,主要产物为CO2和VOSO4,根据化合价升降,写出的离子方程为2VO2++H2C2O4+2H+=2 VO2++2 CO2↑+2 H2O,
故答案为:2;1;2;2;2;2H2O;
(5)根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知:
2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O
234g 34g 18g
减少值开始为0~17g,曲线到200℃时(约为16.0g)曲线开始平直;到约为300℃时又开始减少(H2O的质量),到350℃时减少24g时就不再变化,所以NH4VO3在焙烧过程中200℃时左右先失去氨;在300~350℃再失去水,
故答案为:B.
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