组卷网 > 高中化学综合库 > 认识化学科学 > 氧化还原反应 > 氧化还原反应综合分析 > 氧化还原反应方程式的配平
题型:解答题-实验探究题 难度:0.4 引用次数:1026 题号:15283028
ClO2是一种优良的消毒剂,浓度过高时易发生分解,常将其制备成NaClO2或NaClO2·3H2O固体以便运输和贮存。过氧化氢法制备NaClO2的实验装置如图甲所示。

已知:①2NaClO3+H2O2+H2SO4 = 2ClO2↑+O2↑+Na2SO4+2H2O;
②ClO2的熔点为—59°C,沸点为11°C,H2O2 的沸点为150°C;
③当温度低于38°C时,NaClO2 饱和溶液中析出的晶体是NaClO2·3H2O。当温度在38-60°C时,析出NaClO2;温度高于60°C时,NaClO2分解。
(1)图甲所示装置组装完毕后,首先进行的操作是_______
(2)Cl对ClO2的生成有一定催化作用。反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸,ClO2的生成速率会大大提高。该过程经两步反应完成,将其补充完整。
①2ClO+2Cl+4H+=Cl2↑+2ClO2↑+2H2O;
_______(用离子方程式表示)。
(3)C装置中应使用_______ (填 “冰”或“热”)水浴;空气流速过快或过慢,均会降低NaClO2产率,其原因可能是_______
(4)实验室利用装置乙分离C装置中的NaClO2,Y处应连接一个装置,目的是_______。水浴加热的温度最好控制在_______°C左 右(填字母)。大量晶体析出后,过滤,洗涤,干燥。

a.35               b.55               c. 70             d. 100
(5)图乙中起冷却作用的仪器名称是_______
(6)产品纯度的测定:称取mg产品配成100 mL溶液,取25.00mL溶液,加入足量的KI和稀H2SO4充分反应后加入指示剂,用c mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点(I2+2S2O=2I-+S4O),平均消耗标准溶液的体积为V mL,则产品中NaClO2的质量分数是_______。(用含mcV的式子表示)

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解题方法
【推荐1】K2Cr2O7是一种有致癌性的强氧化剂,含Cr2O72—的酸性工业废水必须经过处理才能排放。工业上通常采用Fe电极电解法处理,调节pH值使之以Cr(OH)3沉淀形式除去。某化学兴趣小组在实验室里探究了该处理工艺,具体实验日志如下:

I.原理探查
查阅文献发现,电解时阳极产生Fe2+,在阴极附近(如图),Cr2O72—被Fe2+还原成Cr3+,而Fe3+则在阴极表面还原为Fe2+,如此循环。
(1)用离子方程式表示Cr2O72—与Fe2+的反应:______________________________
II.实验探究
实验一:探究不同电压对Cr2O72-降解效率的影响
各取6份100 mL 1 mol/L 酸性K2Cr2O7溶液,均以Fe为电极,分别用不同电压电解5 min。取电解后溶液10 mL,测定Cr2O72-的含量,所测溶液中Cr2O72-物质的量与电解电压关系如下图所示。(假设电解前后溶液体积不变)

(2)实验结果显示,最佳电解电压应选择_______V。
(3)电压为6 V时,用Cr2O72-表示5 min内平均反应速率为_________mol·L—1·min—1
(4)当电压高于3 V时,阴阳两极在电解过程中不断有气泡产生,且测得体积比约等于2:1。因此,阳极产生气泡的电极反应式为:__________________________________
实验二:探究其他影响Cr2O72-降解效率的因素
以1A电流电解500mL K2Cr2O7稀溶液,通电时间30min,考察影响Cr2O72-降解效率的其他因素。具体方法和数据如下表所示。
实验组
加入硫酸铁 /g005.00
加入浓硫酸 /mL01.01.01.0
电极材料阴极石墨石墨石墨石墨
阳极石墨石墨石墨
Cr2O72-浓度
/ mol·L-1
初始0.006510.006510.006510.00651
结束0.006450.005680.005160.00278
(5)以上实验中,Cr2O72-降解效率最高的是实验组_____(填编号),该实验组阳极电极反应式为:__________________________________
(6)对比②和③,Cr2O72-降解效率③>②的原因是:__________________________
(7)由实验组①和②,可认为Cr2O72-能直接在阴极放电还原,电极反应式为:__________________________________
(8)法拉第提出了电解定律,为电化学的发展作出了巨大贡献。根据法拉第电解定律: Q=It=n(e-)F,[I为电流强度单位为A,t为时间单位为s,n(e-)为通过电路的电子的物质的量,F为法拉第常数(每摩电子电量,F=96500 C·mol-1)],则实验组②中的电流效率______________。(保留三位有效数字;假设电解前后溶液体积不变,且没有副反应发生。)
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【推荐2】某科研课题小组研究利用含H+、Zn2+、Mn2+、Fe2+、Fe3+、Cl-的工业废液,制备高纯的ZnO、MnO2、Fe2O3,设计出如下实验流程:

已知:①氢氧化锌沉淀呈白色
②氢氧化锰难溶于水
③溶液中金属离子沉淀完全时其浓度≤ 1×10-5mol/L
回答下列问题:
(1)向工业废液中加入双氧水,可能观察到的现象有:溶液的颜色发生变化和___________,其中引起溶液颜色变化的离子方程式为___________
(2)第一次调pH的目的是沉淀Fe3+。检验Fe3+是否完全沉淀的操作:取少量滤液于洁净试管中,最好加入下列试剂中的___________(填标号),并观察实验现象。
a.稀氨水          b.KSCN溶液          c.K3Fe(CN)6溶液     d.溴水
(3)第二次调pH前,科研小组成员在室温下分析此时的溶液,得到相关数据见下表

浓度(mol/L)氢氧化物的Ksp开始沉淀的pH沉淀完全的pH
Zn2+0.121.2×10-176.08.1
Mn2+0.104.0×10-147.89.8
为防止Mn2+也同时沉淀造成产品不纯,最终选择将溶液的pH控制为7.5,则此时溶液中Zn2+的沉淀率为___________。(第二次调pH前后液体体积的变化忽略不计)
(4)已知常温下,Ksp(MnS)=3×10-14,Ksp(ZnS)=1.5×10-24,在除锌时发生沉淀转化反应为:MnS(s)+Zn2+(aq)ZnS(s)+Mn2+(aq),其平衡常数K ___________
(5)沉锰反应在酸性条件下完成,写出反应的离子方程式___________
(6)下列关于沉锰制备高纯MnO2的说法中,不正确的是___________(填标号)。
a.若沉锰反应时加入足量浓盐酸并加热,MnO2的产率将降低
b.若沉锰后进行过滤操作为了加快过滤速率不断用玻璃棒搅拌
c.若除锌时加入MnS质量为xg,沉锰反应中锰元素无损失,MnO2的产量将增加xg
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                                                                        图1
(1)装置Ⅰ中生成的离子方程式为_________________________________________________
(2)各含硫微粒()存在于与NaOH溶液反应后的溶液中,它们的物质的量分数与溶液pH的关系如图2所示(常温下)。

                                           图2
①下列说法正确的是__________(填序号)。
a.时,溶液中
b.时,溶液中
c.为获得尽可能纯的,可将溶液的pH控制在4~5
②向溶液中滴加一定浓度的溶液,溶液中出现浑浊,pH降为2,用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因:_____________________________________________
(3)装置Ⅱ中,酸性条件下,NO被氧化的产物主要是,写出生成(无)的离子方程式:_____________________________________________
(4)已知进入装置Ⅳ的溶液中,的浓度为,要使该溶液中的完全转化为,需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的__________L。(用含a的代数式表示)
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