2022高考化學(xué)一輪專(zhuān)題復(fù)習(xí)22化學(xué)工藝流程題含解析_第1頁(yè)
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PAGE專(zhuān)練22化學(xué)工藝流程題1.[2020·全國(guó)卷Ⅰ]釩具有廣泛用途。黏土釩礦中,釩以+3、+4、+5價(jià)的化合物存在,還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備N(xiāo)H4VO3。該工藝條件下,溶液中金屬離子開(kāi)始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:金屬離子Fe3+Fe2+Al3+Mn2+開(kāi)始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列問(wèn)題:(1)“酸浸氧化”需要加熱,其原因是_________________________________________。(2)“酸浸氧化”中,VO+和VO2+被氧化成VOeq\o\al(+,2),同時(shí)還有________離子被氧化。寫(xiě)出VO+轉(zhuǎn)化為VOeq\o\al(+,2)反應(yīng)的離子方程式______________________________________________。(3)“中和沉淀”中,釩水解并沉淀為V2O5·xH2O,隨濾液②可除去金屬離子K+、Mg2+、Na+、________,以及部分的________。(4)“沉淀轉(zhuǎn)溶”中,V2O5·xH2O轉(zhuǎn)化為釩酸鹽溶解。濾渣③的主要成分是________。(5)“調(diào)pH”中有沉淀生成,生成沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________。(6)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時(shí),需要加入過(guò)量NH4Cl,其原因是____________________________。2.[2021·湖南卷]碳酸鈉俗稱(chēng)純堿,是一種重要的化工原料。以碳酸氫銨和氯化鈉為原料制備碳酸鈉,并測(cè)定產(chǎn)品中少量碳酸氫鈉的含量,過(guò)程如下:步驟Ⅰ.Na2CO3的制備步驟Ⅱ.產(chǎn)品中NaHCO3含量測(cè)定①稱(chēng)取產(chǎn)品2.500g,用蒸餾水溶解,定容于250mL容量瓶中;②移取25.00mL上述溶液于錐形瓶,加入2滴指示劑M,用0.1000mol·L-1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,溶液由紅色變至近無(wú)色(第一滴定終點(diǎn)),消耗鹽酸V1mL;③在上述錐形瓶中再加入2滴指示劑N,繼續(xù)用0.1000mol·L-1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)(第二滴定終點(diǎn)),又消耗鹽酸V2mL;④平行測(cè)定三次,V1平均值為22.45,V2平均值為23.51。已知:(ⅰ)當(dāng)溫度超過(guò)35℃時(shí),NH4HCO3開(kāi)始分解。(ⅱ)相關(guān)鹽在不同溫度下的溶解度表(g/100gH2O)溫度/℃0102030405060NaCl35.735.836.036.336.637.037.3NH4HCO311.915.821.027.0NaHCO36.98.29.611.112.714.516.4NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.2回答下列問(wèn)題:(1)步驟Ⅰ中晶體A的化學(xué)式為_(kāi)_______,晶體A能夠析出的原因是________________________________;(2)步驟Ⅰ中“300℃加熱”所選用的儀器是________(填標(biāo)號(hào));(3)指示劑N為_(kāi)_______,描述第二滴定終點(diǎn)前后顏色變化________________________;(4)產(chǎn)品中NaHCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_______(保留三位有效數(shù)字);(5)第一滴定終點(diǎn)時(shí),某同學(xué)俯視讀數(shù),其他操作均正確,則NaHCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算結(jié)果________(填“偏大”“偏小”或“無(wú)影響”)。3.焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應(yīng)用廣泛?;卮鹣铝袉?wèn)題:(1)生產(chǎn)Na2S2O5,通常是由NaHSO3過(guò)飽和溶液經(jīng)結(jié)晶脫水制得。寫(xiě)出該過(guò)程的化學(xué)方程式______________________________________。(2)利用煙道氣中的SO2生產(chǎn)Na2S2O5的工藝為:①pH=4.1時(shí),Ⅰ中為_(kāi)_______溶液(寫(xiě)化學(xué)式)。②工藝中加入Na2CO3固體、并再次充入SO2的目的是____________________。(3)制備N(xiāo)a2S2O5也可采用三室膜電解技術(shù),裝置如圖所示,其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________。電解后,________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進(jìn)行結(jié)晶脫水,可得到Na2S2O5。(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑。在測(cè)定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時(shí),取50.00mL葡萄酒樣品,用0.01000mol·L-1的碘標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn),消耗10.00mL。滴定反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_________________________,該樣品中Na2S2O5的殘留量為_(kāi)_______g·L-1(以SO2計(jì))。4.高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料,工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦(還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制備,工藝如下圖所示。回答下列問(wèn)題:相關(guān)金屬離子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下:金屬離子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+開(kāi)始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9(1)“濾渣1”含有S和________;寫(xiě)出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應(yīng)的化學(xué)方程式________________。(2)“氧化”中添加適量的MnO2的作用是________________________________________________________________________。(3)“調(diào)pH”除鐵和鋁,溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為_(kāi)_______~6之間。(4)“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“濾渣3”的主要成分是________。(5)“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度過(guò)高,Mg2+沉淀不完全,原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)寫(xiě)出“沉錳”的離子方程式_______________________________________________。(7)層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料,其化學(xué)式為L(zhǎng)iNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合價(jià)分別為+2、+3、+4。當(dāng)x=y(tǒng)=eq\f(1,3)時(shí),z=________。5.[2020·全國(guó)卷Ⅲ]某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物,還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O):溶液中金屬離子開(kāi)始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:金屬離子Ni2+Al3+Fe3+Fe2+開(kāi)始沉淀時(shí)(c=0.01mol·L-1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全時(shí)(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH8.74.73.29.0回答下列問(wèn)題:(1)“堿浸”中NaOH的兩個(gè)作用分別是______________________________________。為回收金屬,用稀硫酸將“濾液①”調(diào)為中性,生成沉淀。寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式______________________。(2)“濾液②”中含有的金屬離子是__________________。(3)“轉(zhuǎn)化”中可替代H2O2的物質(zhì)是________________。若工藝流程改為先“調(diào)pH”后“轉(zhuǎn)化”,即eq\o(→,\s\up7(濾液②))eq\o(→,\s\up7(濾液③),\s\do5()),“濾液③”中可能含有的雜質(zhì)離子為_(kāi)_______。(4)利用上述表格數(shù)據(jù),計(jì)算Ni(OH)2的Ksp=__________________(列出計(jì)算式)。如果“轉(zhuǎn)化”后的溶液中Ni2+濃度為1.0mol·L-1,則“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是________。(5)硫酸鎳在強(qiáng)堿溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式____________________________。(6)將分離出硫酸鎳晶體后的母液收集、循環(huán)使用,其意義是____________________________。6.[2021·廣東卷]對(duì)廢催化劑進(jìn)行回收可有效利用金屬資源。某廢催化劑主要含鋁(Al)、鉬(Mo)、鎳(Ni)等元素的氧化物,一種回收利用工藝的部分流程如下:已知:25℃時(shí),H2CO3的Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11;Ksp(BaMoO4)=3.5×10-8;Ksp(BaCO3)=2.6×10-9;該工藝中,pH>6.0時(shí),溶液中Mo元素以MoOeq\o\al(2-,4)的形態(tài)存在。(1)“焙燒”中,有Na2MoO4生成,其中Mo元素的化合價(jià)為_(kāi)_______。(2)“沉鋁”中,生成的沉淀X為_(kāi)_______。(3)“沉鉬”中,pH為7.0。①生成BaMoO4的離子方程式為_(kāi)_______________________。②若條件控制不當(dāng),BaCO3也會(huì)沉淀。為避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀,溶液中ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(HCO\o\al(-,3))):ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(MoO\o\al(2-,4)))=____________________________(列出算式)時(shí),應(yīng)停止加入BaCl2溶液。(4)①濾液Ⅲ中,主要存在的鈉鹽有NaCl和Y,Y為_(kāi)_______。②往濾液Ⅲ中添加適量NaCl固體后,通入足量____________(填化學(xué)式)氣體,再通入足量CO2,可析出Y。(5)高純AlAs(砷化鋁)可用于芯片制造。芯片制造中的一種刻蝕過(guò)程如圖所示,圖中所示致密保護(hù)膜為一種氧化物,可阻止H2O2刻蝕液與下層GaAs(砷化鎵)反應(yīng)。①該氧化物為_(kāi)_______。②已知:Ga和Al同族,As和N同族。在H2O2與上層GaAs的反應(yīng)中,As元素的化合價(jià)變?yōu)椋?價(jià),則該反應(yīng)的氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為_(kāi)_______。專(zhuān)練22化學(xué)工藝流程題1.(1)加快酸浸和氧化反應(yīng)速率(促進(jìn)氧化完全)(2)Fe2+VO++MnO2+2H+=VOeq\o\al(+,2)+Mn2++H2O(3)Mn2+Al3+和Fe3+(4)Fe(OH)3(5)NaAl(OH)4+HCl=Al(OH)3↓+NaCl+H2O(6)利用同離子效應(yīng),促進(jìn)NH4VO3盡可能析出完全解析:(1)加熱的目的是使反應(yīng)完全,加快酸浸速率。(2)Fe3O4與硫酸反應(yīng)生成Fe2+和Fe3+,F(xiàn)e2+能夠被氧化為Fe3+;VO+中釩元素化合價(jià)為+3,VOeq\o\al(+,2)中釩元素化合價(jià)為+5,VO+被MnO2氧化為VOeq\o\al(+,2),MnO2被還原為Mn2+,結(jié)合得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒配平:VO++MnO2+2H+=VOeq\o\al(+,2)+Mn2++H2O。(3)pH=3.0~3.1時(shí),Mn2+還未沉淀,所以濾液②中有Mn2+,另外Fe3+、Al3+在該pH范圍內(nèi)沒(méi)有沉淀完全,部分留在濾液②中。(4)濾餅②中除了有V2O5·xH2O,還有少量Fe(OH)3和Al(OH)3,加NaOH調(diào)pH>13,V2O5·xH2O與NaOH反應(yīng)生成NaVO3,Al(OH)3與NaOH反應(yīng)生成NaAl(OH)4,F(xiàn)e(OH)3不與NaOH反應(yīng),所以濾渣③是Fe(OH)3。(5)“調(diào)pH”的目的是將NaAl(OH)4轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀除去,反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaAl(OH)4+HCl=Al(OH)3↓+NaCl+H2O,則濾渣④為Al(OH)3。(6)加入過(guò)量NH4Cl固體,c(NHeq\o\al(+,4))增大,根據(jù)同離子效應(yīng),可促進(jìn)NH4VO3晶體盡可能完全析出。2.(1)NaHCO330~35℃,NaHCO3的溶解度小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度(2)D(3)甲基橙溶液由黃色變?yōu)槌壬?,且半分鐘?nèi)不變色(4)3.56%(5)偏大解析:(1)根據(jù)相關(guān)鹽在不同溫度下的溶解度可知,30~35℃,NaHCO3的溶解度明顯小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度,因此NaHCO3在步驟Ⅰ中結(jié)晶析出。(2)300℃給固體加熱選用的儀器應(yīng)為坩堝。(3)本題中測(cè)定碳酸氫鈉含量采用了雙指示劑滴定法,第一滴定過(guò)程以酚酞為指示劑,Na2CO3轉(zhuǎn)化為NaHCO3,第二滴定過(guò)程以甲基橙為指示劑,NaHCO3轉(zhuǎn)化為NaCl、CO2和H2O,所以第二滴定終點(diǎn)前后溶液由黃色變?yōu)槌壬?,且半分鐘?nèi)不變色。(4)由(3)的分析過(guò)程可知,25.00mL待測(cè)液中所含NaHCO3的物質(zhì)的量為0.1000mol·L-1×(V2-V1)×10-3L,則2.500g產(chǎn)品中所含NaHCO3的質(zhì)量為84g·mol-1×eq\f(250mL,25.00mL)×0.1000mol·L-1×(23.51-22.45)×10-3L≈0.089g,則產(chǎn)品中NaHCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=eq\f(0.089g,2.500g)×100%≈3.56%。(5)第一次滴定終點(diǎn)時(shí),俯視讀數(shù),導(dǎo)致測(cè)得的V1偏小,NaHCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算結(jié)果偏大。3.(1)2NaHSO3=Na2S2O5+H2O(2)①NaHSO3②得到NaHSO3過(guò)飽和溶液(3)2H2O-4e-=4H++O2↑a(4)S2Oeq\o\al(2-,5)+2I2+3H2O=2SOeq\o\al(2-,4)+4I-+6H+0.128解析:(1)由題可知,NaHSO3脫水轉(zhuǎn)化為Na2S2O5,故可寫(xiě)出化學(xué)方程式:2NaHSO3=Na2S2O5+H2O。(2)①Na2S2O5由NaHSO3過(guò)飽和溶液脫水結(jié)晶而來(lái),因而溶液Ⅲ為NaHSO3,而Ⅰ和ⅢPH相同,溶質(zhì)相同,也為NaHSO3。②通SO2使得NaHSO3變多,濃度變大,得到NaHSO3過(guò)飽和溶液。(3)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=4H++O2↑,H+通過(guò)陽(yáng)離子交換膜由陽(yáng)極向a室移動(dòng),得到NaHSO3,故a室NaHSO3增多。(4)根據(jù)題意,S2Oeq\o\al(2-,5)與I2發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成SOeq\o\al(2-,4)和I-,即eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(S2O\o\al(2-,5)+2I2+3H2O=2SO\o\al(2-,4)+4I-+6H+,12,x0.01×10×10-3mol))解得x=0.5×10-4,則SO2物質(zhì)的量為0.5×2×10-4mol,所以最后的殘留量=eq\f(0.5×2×10-4mol×64g·mol-1,50.00×10-3L)=0.128g·L-1。4.(1)SiO2(不溶性硅酸鹽)MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O(2)將Fe2+氧化為Fe3+(3)4.7(4)NiS和ZnS(5)F-與H+結(jié)合形成弱電解質(zhì)HF,MgF2Mg2++2F-平衡向右移動(dòng)(6)Mn2++2HCOeq\o\al(-,3)=MnCO3↓+CO2↑+H2O(7)eq\f(1,3)解析:本題涉及元素化合物知識(shí)的綜合應(yīng)用,通過(guò)工藝流程形式給出信息,考查分析和解決化學(xué)工藝流程問(wèn)題的能力,根據(jù)題給信息書(shū)寫(xiě)相應(yīng)的化學(xué)方程式和離子方程式,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。(1)由題干信息可知,濾渣有生成的S和不與H2SO4反應(yīng)的SiO2(或?qū)懖蝗苄怨杷猁});依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理可知,MnO2作氧化劑,MnS作還原劑,由此可寫(xiě)出化學(xué)方程式。(2)Fe溶于H2SO4中得到Fe2+,為了去除方便,需將Fe2+氧化為Fe3+。(3)由相關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍可知除鐵和鋁時(shí)溶液pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為4.7~6之間。(4)NiS和ZnS是難溶于水的硫化物。(5)MgF2(s)Mg2+(aq)+2F-(aq),若增大H+濃度,F(xiàn)-與H+會(huì)結(jié)合成弱電解質(zhì)HF而使沉淀溶解平衡正向移動(dòng),導(dǎo)致溶液中Mg2+沉淀不完全。(6)由于HCOeq\o\al(-,3)H++COeq\o\al(2-,3),COeq\o\al(2-,3)與Mn2+可形成MnCO3沉淀,使HCOeq\o\al(-,3)電離平衡正向移動(dòng),H+濃度增大,H+與HCOeq\o\al(-,3)反應(yīng)生成H2O和CO2,所以離子方程式為Mn2++2HCOeq\o\al(-,3)=MnCO3↓+CO2↑+H2O。(7)根據(jù)化合物中各元素正、負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0,可知+1+(+2)×x+(+3)×y+(+4)×z+(-2)×2=0,將x=y(tǒng)=eq\f(1,3)代入計(jì)算,可得z=eq\f(1,3)。5.(1)除去油脂、溶解鋁及其氧化物Al(OH)eq\o\al(-,4)+H+=Al(OH)3↓+H2O(2)Ni2+、Fe2+、Fe3+(3)O2或空氣Fe3+(4)0.01×(107.2-14)2[或10-5×(108.7-14)2]3.2~6.2(5)2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH↓+Cl-+H2O(6)提高鎳回收率解析:(1)油脂可在NaOH溶液中發(fā)生水解反應(yīng)生成可溶性的高級(jí)脂肪酸鈉和甘油,并且NaOH溶液能溶解Al和Al2O3,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,故“堿浸”中NaOH的兩個(gè)作用分別是除去油脂和溶解鋁及其氧化物?!盀V液①”中含有Na[Al(OH)4](也可寫(xiě)成NaAlO2),向其中加入稀H2SO4調(diào)為中性會(huì)生成Al(OH)3沉淀,反應(yīng)的離子方程式為Al(OH)eq\o\al(-,4)+H+=Al(OH)3↓+H2O或AlOeq\o\al(-,2)+H++H2O=Al(OH)3↓。(2)“濾餅①”中含有Ni、Fe、NiO、FeO、Fe2O3以及少量其他不溶物,加入稀H2SO4后主要發(fā)生反應(yīng)Ni+2H+=Ni2++H2↑、Fe+2H+=Fe2++H2↑、NiO+2H+=Ni2++H2O、FeO+2H+=Fe2++H2O、Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O,故“濾液②”中含有的金屬離子是Ni2+、Fe2+、Fe3+。(3)H2O2的作用是在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+(2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O),且在“轉(zhuǎn)化”中不引入新雜質(zhì),故可替代H2O2的物質(zhì)是O2或空氣,發(fā)生反應(yīng)4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O,也不引入新雜質(zhì)。加NaOH溶液“調(diào)pH”的目的是生成Fe(OH)3沉淀除去Fe3+,為除盡Fe3+而又不生成Ni(OH)2沉淀,需控制pH范圍:3.2≤pH<7.2;此時(shí)溶液中還存在Fe2+,H2O2可將Fe2+氧化為Fe3+,故“濾液③”中可能含有的雜質(zhì)離子為Fe3+。(4)開(kāi)始形成Ni(OH)2沉淀或沉淀完全時(shí),都存在沉淀溶解平衡:Ni(OH)2(s)Ni2+(aq)+2OH-(aq),Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-),開(kāi)始沉淀時(shí),c(Ni2+)=0.01mol·L-1,c(OH-)=1.0×107.2-14mol·L-1,故Ksp=0.01×(107.2-14)2;沉淀完全時(shí),c(Ni2+)=1.0×10-5mol·L-1,c(OH-)=1.0×108.7-14mol·L-1,Ksp=10-5×(108.7-14)2。由上述分析得Ksp=1.0×10-15.6,若“轉(zhuǎn)化”后的溶液中c(Ni2+)=1.0mol·L-1,生成Ni(OH)2沉淀的最小c(OH-)=eq\r(\f(Ksp,cNi2+))=eq\r(\f(1.0×10-15.6,1.0))mol·L-1=1.0×10-7.8mol·L-1,c(H+)=eq\f(1.0×10-14,1.0×10-7.8)mol·L-1=1.0×10-6.2mol·L-1,pH=6.2,故既要除盡Fe3+,又不形成Ni(OH)2沉淀,應(yīng)控制的pH范圍是3.2~6.2。(5)Ni2+被氧化為NiOOH,ClO-被還原為Cl-,故在強(qiáng)堿溶液中該反應(yīng)的離子方程式為2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH↓+Cl-+H2O。(6)分離出NiSO4晶體后的母液中含有Ni2+(飽和NiSO4溶液),故將母液收集、循環(huán)使用,其意義是提高鎳回收率。6.(1)+6(2)Al(OH)3(3)①M(fèi)oOeq\o\al(2-,4)+Ba2+=BaMoO4↓②eq\f(2.6×10-9,3.5×10-8)×eq\f(1.0×10-7,4.7×10-11)(4)①NaHCO3②NH3(5)①Al2O3②4:1解析:(1)根據(jù)化合物Na2MoO4中Na為+1價(jià),O為-2價(jià),由化合物中化合價(jià)代數(shù)和為0,可計(jì)算出Na2MoO4中Mo元素的化合價(jià)為+6。(2)“750℃焙燒”時(shí),廢催化劑中的氧化鋁發(fā)生反應(yīng):Al2O3

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