專題限時訓練(二十) 以元素化合物為載體的
化學反應原理綜合考查題
(時間：60分鐘分數：75分)
1．(15分)(2015·江蘇卷)軟錳礦(主要成分mno2，雜質金屬元素fe、al、mg等)的水懸濁液與煙氣中so2反應可製備mnso4·h2o，反應的化學方程式為：
mno2＋so2===mnso4
(1)質量為17.40 g純淨mno2最多能氧化________l (標準狀況) so2。
(2)已知：ksp[al(oh)3]＝1×10－33，ksp[fe(oh)3]＝3×10－39，ph＝7.1時mn(oh)2開始沉澱。
室溫下，除去mnso4溶液中的fe3＋、al3＋(使其濃度均小於1×10－6 mol·l－1)，需調節溶液ph範圍為________。
(3)從下圖可以看出，從mnso4和mgso4混合溶液中結晶mnso4·h2o晶體，需控制的結晶溫度範圍為________。
(4)準確稱取0.171 0 g mnso4·h2o樣品置於錐形瓶中，加入適量h3po4和nh4no3溶液，加熱使mn2＋全部氧化成mn3＋，用c(fe2＋ )＝0. 050 0 mol·l－1的標準溶液滴定至終點(滴定過程中mn3＋被還原為mn2＋)，消耗fe2＋溶液20.
00 ml。計算mnso4·h2o樣品的純度(請給出計算過程)。
答案：(1)4.48 (2)5.
0(4)n(fe2＋)＝0. 050 0 mol·l－1×＝1. 00×10－3 mol n(mn2＋)＝n(fe2＋)＝1.
00×10－3 mol
m(mnso4·h2o)＝1. 00×10－3 mol×169 g·mol－1＝0.169 g
mnso4·h2o樣品的純度為：×100%≈98.8%
解析：(1)n(mno2)＝＝0.2 mol，由化學方程式mno2＋so2===mnso4知，n(so2)＝n(mno2)＝0.
2 mol，標準狀況下v(so2)＝22.4 l·mol－1×0.2 mol＝4.
48 l。
(2)fe3＋全部轉化為fe(oh)3時，c(oh－)＝＝＝×10－11 mol·l－1；
al3＋全部轉化為al(oh)3時，c(oh－)＝
＝＝1×10－9 mol·l－1，故al3＋、fe3＋完全沉澱時，溶液中oh－的最小濃度應為1×10－9 mol·l－1，即ph最小應為5.0，因為mn(oh)2沉澱時的最小ph為7.1，故除去mnso4溶液中的fe3＋、al3＋，應調節溶液至5.
0＜ph＜7.1。
(3)由圖可知，60 ℃時，mgso4·6h2o與mnso4·h2o的溶解度相等，隨著溫度的不斷公升高，mgso4·6h2o的溶解度逐漸增大，而mnso4·h2o的溶解度逐漸減小，因此欲從混合溶液中結晶析出mnso4·h2o，需控制溫度在60 ℃以上。
(4)fe2＋的氧化產物為fe3＋，由質量守恆定律和電子守恆可得：mn2＋～mn3＋～fe2＋。因此，n(mn2＋)＝n(fe2＋)＝0.
050 0 mol·l－1×0.020 l＝1.00×10－3 mol，則m(mnso4·h2o)＝1.
00×10－3 mol×169 g·mol－1＝0.169 g，故mnso4·h2o樣品的純度為×100% ≈98.8%。
2．(15分)(2015·福建卷)研究硫元素及其化合物的性質具有重要意義。
(1)①硫離子的結構示意圖為________。
②加熱時，硫元素的最**氧化物對應水化物的濃溶液與木炭反應的化學方程式為
(2)25 ℃，在0.10 mol·l－1 h2s溶液中，通入hcl氣體或加入naoh固體以調節溶液ph，溶液ph與 c(s2－)關係如下圖(忽略溶液體積的變化、h2s的揮發)。
①ph＝13時，溶液中的c(h2s)＋c(hsmol·l－1。
②某溶液含0.020 mol·l－1 mn2＋、0.10 mol·l－1 h2s，當溶液ph＝________時，mn2＋開始沉澱。
[已知：ksp(mns)＝2.8×10－13]
(3)25 ℃，兩種酸的電離平衡常數如下表。
①hso的電離平衡常數表示式k
②0.10 mol·l－1 na2so3溶液中離子濃度由大到小的順序為
③h2so3溶液和nahco3溶液反應的主要離子方程式為
答案：(1)① ②c＋2h2so4(濃) 2so2↑＋co2↑＋2h2o (2)①0.043 ②5
(3)①或
②c(na＋)>c(so)>c(oh－)>c(hso)>c(h＋)或[na＋]>[so]>[oh－]>[hso]>[h＋]
③h2so3＋hco===hso＋co2↑＋h2o
解析：(1)①s的原子序數為16，故s2－的結構示意圖為。②硫元素的最**氧化物對應水化物為h2so4，c與濃h2so4反應的化學方程式為c＋2h2so4(濃) 2so2↑＋co2↑＋2h2o。
(2)①根據物料守恆：c(s2－)＋c(h2s)＋c(hs－)＝0.10 mol·l－1，故c(h2s)＋c(hs－)＝0.
10 mol·l－1－c(s2－)＝0.10 mol·l－1－5.7×10－2 mol·l－1＝0.
043 mol·l－1。
②要使mn2＋沉澱，需要的c(s2－)最小值為c(s2－)＝＝＝1.4×10－11，再對照影象找出ph＝5。
(3)①電離平衡常數等於電離出的離子平衡濃度的係數次冪的乘積與弱電解質的平衡濃度的比值。
②so發生水解，生成hso和oh－，hso再進一步水解生成h2so3和oh－，故離子濃度大小關係為c(na＋)>c(so2－3)>c(oh－)>c(hso)>c(h＋)。
③根據電離平衡常數的大小可判斷h2so3的酸性強於碳酸，故反應可放出co2氣體，h2so3＋hco===hso＋co2↑＋h2o。
3．(15分)碳、氮、硫是中學化學重要的非金屬元素，在工農業生產中有廣泛的應用。
(1)用於發射「天宮一號」的長征二號f火箭的燃料是液態偏二甲肼(ch3—nh—nh—ch3)，氧化劑是液態四氧化二氮。二者在反應過程中放出大量熱量，同時生成無毒、無汙染的氣體。已知室溫下，1 g燃料完全燃燒釋放出的能量為42.
5 kj，請寫出該反應的熱化學方程式
(2)298 k時，在2 l的密閉容器中，發生可逆反應：2no2(g) n2o4(g) δh＝－a kj·mol－1(a>0)。
n2o4的物質的量濃度隨時間變化如圖所示。達平衡時，n2o4的濃度為no2的2倍，回答下列問題：
①298 k時，該反應的平衡常數為________。
②下列事實能判斷該反應處於平衡狀態的是________(填字母)。
a．混合氣體的密度保持不變
b．混合氣體的顏色不再變化
c．v正(n2o4)＝2v逆(no2)
③若反應在398 k時進行，某時刻測得n(no2)＝0.6 mol，n(n2o4)＝1.2 mol，則此時v正________v逆(填「>」「<」或「＝」)。
(3)nh4hso4在分析試劑、醫藥、電子工業中用途廣泛。現向100 ml 0.1 mol·l－1 nh4hso4溶液中滴加0.
1 mol·l－1 naoh溶液，得到的溶液ph與naoh溶液體積的關係曲線如圖所示。
試分析圖中a、b、c、d、e五個點，回答下列問題：
①水的電離程度最大的是________；
②其溶液中c(oh－)的數值最接近nh3·h2o的電離常數k的數值的是________；
③在c點，溶液中各離子濃度由大到小的排列順序是________。
答案：(1)c2h8n2(l)＋2n2o4(l)===2co2(g)＋3n2(g)＋4h2o(l) δh＝－2 550 kj·mol－1 (2)①6.67 ②b ③< (3)①b ②d ③c(na＋)>c(so)>c(nh)>c(oh－)＝c(h＋)
解析：(1)1 mol(即60 g)c2h8n2完全燃燒釋放的熱量為42.5 kj·g－1×60 g＝2 550 kj，故熱化學方程式為c2h8n2(l)＋2n2o4(l)===2co2(g)＋3n2(g)＋4h2o(l)
δh＝－2 550 kj·mol－1。
(2)平衡時，c(n2o4)＝0.6 mol·l－1
c(no2)＝0.3 mol·l－1
①k＝＝≈6.67。
②a項，混合氣體的密度始終保持不變；c項，應寫成v正(n2o4)＝v逆(no2)。
③此時q＝＝6.67
由於該反應為放熱反應，在398 k時的平衡常數應小於298 k時的平衡常數，所以反應應向逆反應方向進行，所以v正(3)①當加入100 ml naoh時，nh4hso4電離出的h＋正好完全反應，此時c(nh)最大，水的電離程度也應最大。
②nh3·h2o nh＋oh－
電離平衡常數k＝
當c(nh)＝c(nh3·h2o)時，c(oh－)＝k
所以應選d點。
③c點溶液呈中性，此時，nh反應一部分，大小順序應為c(na＋)>c(so)>c(nh)>c(oh－)＝c(h＋)。
4．(15分)隨著我國工業化水平的不斷發展，解決水、空氣汙染問題成為重要課題。
(1)汽車尾氣的大量排放是造成空氣汙染的重要因素之一，發展燃料電池汽車可以有效地解決上述問題。直接甲醇燃料電池(dmfc)不會產生有害產物，能量轉換效率比內燃機要高2～3倍，電池結構如下圖所示，c處通入的物質為________，外電路中電子從________移動到________(填「a」或「b」)，寫出電池負極的電極反應式
(2)工業廢水中常含有一定量的cr2o2－7，會對人類及生態系統產生很大損害，電解法是處理鉻汙染的常用方法。該法用fe作電極電解含cr2o2－7的酸性廢水，電解時，在陰極上有大量氣泡生成，並產生cr(oh)3、fe(oh)3沉澱。
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