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1十一题工艺流程
化学学科学案
年级:
高三科目:
化学课时数:
2
课题
四川高考11题工业流程汇总
学习目标
1、了解工业流程题型;
2、掌握该类题型的解题方法。
学习类容
1、(川2014)污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。
某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2,另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂,通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2,又制得电池材料MnO2(反应条件已省略)。
请回答下列问题:
(1)上述流程脱硫实现了(选填下列字母编号)。
A.废弃物的综合利用B.白色污染的减少C.酸雨的减少
(2)用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe2+,其原因是。
(3)已知:
25℃、101kPa时,Mn(s)+O2(g)=MnO2(s)△H=—520kJ/mol
S(s)+O2(g)=SO2(g)△H=—297kJ/mol
Mn(s)+S(s)+2O2(g)=MnSO4(s)△H=—1065kJ/mol
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是。
(4)MnO2可作超级电容器材料。
用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2,其阳极的电极反应式是。
(5)MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。
碱性锌锰电池放电时,正极的电极反应式是。
(6)假设脱除的SO2只与软锰矿浆中MnO2反应。
按照图示流程,将am3(标准状况下)含SO2的体积分数为b%的尾气通入矿浆,若SO2的脱除率为89.6%,最终得到MnO2的质量为ckg,则除去铁、铝、铜、镍等杂质时,所引入的锰元素相当于MnO2kg。
2、(川2013)明矾石经处理后得到明矾[KAl(SO4)2·12H2O]。
从明矾制备Al、K2SO4和H2SO4的工艺过程如下所示:
焙烧明矾的化学方程式为:
4KAl(SO4)2·12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O
请回答下列问题:
(1)在焙烧明矾的反应中,还原剂是。
(2)从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体的方法是。
(3)A12O3在一定条件下可制得AIN,其晶体结构如右图所示,该晶体中Al的配位数是
(4)以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,该电池反应的化学方程式是。
(5)焙烧产生的SO2可用于制硫酸。
已知25℃、101kPa时:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)△H1=一197kJ/mol;
2H2O(g)=2H2O
(1)△H2=一44kJ/mol;
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)△H3=一545kJ/mol。
则SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式是①。
焙烧948t明矾(M=474g/mol),若SO2的利用率为96%,可生产质量分数为98%的硫酸②t。
3、(川2012)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题,将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫,最终生成硫酸钙。
硫酸钙可在有图所示的循环燃烧装置的燃料反应器重与甲烷反应,气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳,从而有利于二氧化碳的回收利用,达到减少碳排放的目的。
请回答下列问题:
(1)煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中,引发的主要环境问题有。
(填写字母编号)
A.温室效应B.酸雨C.粉尘污染D.水体富营养化
(2)在烟气脱硫的过程中,所用的石灰石浆液在进入脱硫装置前,需通一段时间的二氧化碳,以增加其脱硫效率;脱硫时控制浆液的PH值,此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙。
①二氧化碳与石灰石浆液反应得到的产物为。
②亚硫酸氢钙被足量氧气氧化生成硫酸钙的化学方程式:
。
(3)已知1
在燃料反应器中完全反应生成气态水时吸热160.1
1mol
在氧气中完全燃烧生成气态水时放热802.3
。
写出空气反应器发生反应的热化学方程式:
。
(4)回收的
与苯酚钠在一定条件下反应生成有机物M,其化学为
,M经稀硫酸化得到一种药物中间N,N的结构简式为
①M的结构简式为。
②分子中无—O—O—,醛基与苯环直接相连的N的同分异构体共有种。
4、(川2011)开发氢能是实现社会可持续发展的需要。
硫铁矿(FeS2)燃烧产生的SO2通过下列碘循环工艺过程既能制H2SO4,又能制H2。
请回答下列问题:
(1)已知1gFeS2完全燃烧放出7.1kJ热量,FeS2燃烧反应的热化学方程式为______________。
(2)该循环工艺过程的总反应方程式为_____________。
(3)用化学平衡移动的原理分析,在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是____________。
(4)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH)表示),NiO(OH)作为电池正极材料,KOH溶液作为电解质溶液,可制得高容量,长寿命的镍氢电池。
电池充放电时的总反应为:
NiO(OH)+MH
Ni(OH)2+M
①电池放电时,负极的电极反应式为____________。
②充电完成时,Ni(OH)2全部转化为NiO(OH)。
若继续充电将在一个电极产生O2,O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗,从而避免产生的气体引起电池爆炸,此时,阴极的电极反应式为______________
5、(川2010)四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。
用钛铁矿渣(主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3,Ti的最高化合价为+4)作原料,生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下:
请回答下列问题:
(1)硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是 。
(2)向滤液Ⅰ中加入铁粉,发生反应的离子方程式为:
、 。
(3)在实际生产过程中,向沸水中加入滤液Ⅲ,使混合液pH达0.5,钛盐开始水解。
水解过程中不断通入高温水蒸气,维持溶液沸腾一段时间,钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。
请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用:
。
过滤分离出水合二氧化钛沉淀后,将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、 、 、 (填化学式),减少废物排放。
(4)A可用于生产红色颜料(Fe2O3),其方法是:
将556akgA(摩尔质量为278g/mol)溶于水中,加入过量氢氧化钠溶液恰好完全反应,鼓入足量空气搅拌,产生红褐色胶体,再向红褐色胶体中加入3336bkgA和112ckg铁粉,鼓入足量空气搅拌,反应完全后,有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出;过滤后,沉淀经高温灼烧得红色颜料,若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁,则理论上可生产红色颜料 kg。
6、(川2009)新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。
可用作节能环保电动汽车的动力电池。
磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离子电池的首选电极材料,它的制备方法如下:
方法一:
将碳酸锂、乙酸亚铁[(CH3COO)
Fe]、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后,在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂,同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。
方法二:
将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出磷酸亚铁锂沉淀。
沉淀经过滤、洗涤、干燥,在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。
在锂郭了电池中,需要一种有机聚合物作为正负极之间锂郭子选移的介质,该有机聚合物的单体之一(用M表示)的结构简式如下:
请回答下列问题:
(1)上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。
其原因是
。
(2)在方法一所发生的反应中,除生成磷酸亚铁锂、乙酸外,还有 、
、 (填化学式)生成。
(3)在方法二中,阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为 。
(4)写出M与足量氧化钠溶液反应的化学方程式:
。
(5)已知该锂离子电池在充电过程中,阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁,则该电池放电时正极的电极反应式为 。
1、某固体混合物可能由Al、(NH4)2SO4、MgCl2、AlCl3、FeCl2中的一种或几种组成,现对该混合物作如下实验,所得现象和有关数据如图所示(气体体积数据已换算成标准状况下的体积):
回答下列问题:
混合物中是否存在FeCl2___(填“是”或“否”);
混合物中是否存在(NH4)2SO4___(填“是”或“否”),你的判断依据是。
写出反应④的离子方程式:
___。
请根据计算结果判断混合物中是否含有AlCl3(说出你的计算依据,不要求写计算过程)___________。
把AlCl3溶液中加热浓缩蒸干,不能得到AlCl3·6H2O晶体,请你设计一个可行的简易实验方案,怎样从溶液中得到较纯的AlCl3·6H2O晶体______________。
2、碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。
以
-锂辉石(主要成分为Li2O
Al2O3
4SiO2)为原材料制备Li2CO3的工艺流程如下:
已知:
Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的PH分别为3.2、5.2、9.7和12.4;Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g.
(1)步骤Ⅰ前,
-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是_____________.
(2)步骤Ⅰ中,酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO42-,另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质,需在搅拌下加入_____________(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的PH到6.0-6.5,沉淀部分杂质离子如,然后分离得到浸出液。
(3)步骤Ⅱ中,将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中,可除去的杂质金属离子有___________.
(4)步骤Ⅲ中,生成沉淀的离子方程式为____________.
(5)母液中的主要溶质有_____________.
3、科学家预测“氢能”将是未来最理想的新能源。
请回答下列问题:
(1)实验测得,1g氢气燃烧生成液态水放出142.9kJ热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为_______________________________________
(2)利用水分解制备H2,某化学家设计了下列化学反应步骤:
①_____________(反应条件750℃)②2HBr+Hg
HgBr2+H2↑
③HgBr2+CaO
HgO+CaBr④2HgO
2Hg+O2↑
反应①可表示为。
(3)下图是某国正在研究中的一种流程(硫—碘热循环法制氢气),其中用了过量的碘。
用硫—碘热循环法制氢气总化学反应方程式:
。
用硫—碘热循环法制取氢最大的优点是(写出2点)和。
(4)2007年9月12日新浪科技网报道:
美国科学家宣称盐水在无线电作用下可以燃烧,这一发现很可能是21世纪人类最大发现之一,这样可以解决氢能源问题。
无线电频率可以降低盐水中所有元素之间的“结合力”,释放出氢原子,一旦点火,氢原子就会在这种频率下持续燃烧。
上述中“结合力”实质是()
A.离子键B.共价键C.氢键D.范德华力
4、铁、铝、铜等金属及其化合物在日常生活中应用广泛,请根据下列实验回答问题:
(1)生铁中含有一种铁碳化合物X(Fe3C)。
X在足量的空气中高温煅烧,生成有磁性的
固体Y,将Y溶于过量盐酸的溶液中含有的大量阳离子是;X与过量浓硝酸反应后溶液中含有的盐的化学式为。
(2)某溶液中有Mg2+、Fe2+、A13+、Cu2+等四种离子,向其中加入过量的NaOH溶液后,
过滤,将滤渣高温灼烧并将灼烧后的固体投入到过量的稀盐酸中,所得溶液与原溶液相比,溶液中大量减少的阳离子是;
A.Mg2+B.Fe2+C.A13+D.Cu2+
(3)氧化铁是重要工业颜料,用废铁屑制备它的流程如下:
回答下列问题:
①操作I的名称是;操作II的方法为。
②Na2CO3溶液可以除油污,原因是(用离子方程式表示);
③请完成生成FeCO3沉淀的离子方程式。
(4)有些同学认为KMnO4溶液滴定也能进行铁元素含量的测定
(5Fe2++MnO-4+8H+====5Fe3++Mn2++4H2O)
1实验前,首先要精确配制一定物质的量浓度的KMnO4溶液250mL,配制时需要
的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、胶头滴管外,还需。
②该实验中的KMnO4溶液需要酸化,用于酸化的酸是。
A.稀硝酸B.稀盐酸C.稀硫酸D.浓硝酸
③某同学设计的下列滴定方式,最合理的是。
(夹持部分略去)(填字母序号)
5、某课外研究小组,用含有较多杂质的铜粉,通过不同的化学反应制取胆矾。
其设计的实验过程为:
(1)杂铜中含有大量的有机物,可采用灼烧的方法除去有机物,灼烧时将瓷坩埚置于
上(用以下所给仪器的编号填入,下同),取用坩埚应使用,灼烧后的坩埚应放在上冷却,不能直接放在桌面上。
所用仪器:
a.蒸发皿b.石棉网c.泥三角d.表面皿e.坩埚钳f.试管夹
(2)杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物,用以制取胆矾。
灼烧后含有少量铜的可能原因是。
a.灼烧过程中部分氧化铜被还原b.灼烧不充分铜未被完全氧化
c.氧化铜在加热过程中分解生成铜d.该条件下铜无法被氧气氧化
(3)通过途径II实现用粗制氧化铜制取胆矾,必须进行的实验操作步骤:
酸溶、加热通氧气、过滤、_____、冷却结晶、、自然干燥。
(4)由粗制氧化铜通过两种途径制取胆矾,与途径I相比,途径II有明显的两个优点是:
、。
(5)在测定所得胆矾(CuSO4·xH2O)中结晶水x值的实验中,若测定结果x值偏高,可能的原因是。
a.加热温度过高b.胆矾晶体的颗粒较大
c.加热后放在空气中冷却d.胆矾晶体部分风化
6、硝酸是一种重要的化工原料,工业上生产硝酸的主要过程如下
(1)以N2和H2为原料合成氨气反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0
①下列措施可以提高H2的转化率是(填选项序号)
a.选择适当的催化剂b.增大压强c.及时分离生成的NH3d.升高温度
②一定温度下,在密闭容器中充入1molN2和3molH2发生反应若容器容积恒定,达到平衡
状态时,气体的总物质的量是原来的
,则N2的转化率a1=;
若容器压强恒定,达到平衡状态时,N2的转化率为a2,则a2a1(填“>”、“<”或“=”)
(2)以氨气、空气为主要原料制硝酸①NH3被氧气催化氧化生成NO的反应的化学方程式是
②在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)△H>0
该反应的反应速率(v)随时间(t)变化的关系如右图所示若t2、t4时刻只改变一个条件,下列说法正确的是(填选项序号)
a.在t1~t2时,可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态
b.在t2时,采取的措施可以是升高温度
c.在t3~t4时,可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态
d.在t5时,容器内NO2的体积分数是整个过程中的最大值
(3)硝酸厂常用如下2种方法处理尾气
①催化还原法:
催化剂存在时用H2将NO2还原为N2,已知:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6kJ/mol
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+67.7kJ/mol则H2还原NO2生成水蒸气反应的热化学方程式是
②碱液吸收法:
用Na2CO3溶液吸收NO2生成CO2若每9.2gNO2和Na2FCO3溶液反应时转移电子数为0.1mol,则反应的离子方程式是
7、随着工业的迅速发展,产生的废水对水体的污染也日趋严重。
通过控制溶液的pH对工业废水中的金属离子进行分离是实际工作中经常使用的方法。
下表是常温下金属氢氧化物的Ksp(沉淀溶解平衡常数)和金属离子在某浓度下开始沉淀所需的pH(表中浓度为相应pH时溶液中有关金属离子产生沉淀的最小浓度;当溶液中金属离子浓度小于10-5mol·L-1时通常认为该离子沉淀完全)。
金属离子
Ksp
pH(10-1mol·L-l)
pH(10-5mol·L-l)
Fe3+
4.0×10-38
2.7
3.7
Cr3+
6.0×10-31
4.3
5.6
Cu2+
2.2×10-20
4.7
6.7
Ca2+
4.0×10-5
12.3
14.3
(1)某厂排出的废水中含有Cu2+和Fe3+,测得其浓度均小于0.1mol·L-l。
为除去其中的Fe3+,回收铜,需控制的pH范围是__________________________。
(2)为了处理含有Cr2O72-酸性溶液的工业废水,采用如下方法:
向废水中加人适量NaCl,以Fe为电极进行电解,经过一段时间,有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成排出,从而使废水中铬含量低于排放标准。
①Cr2O72-转变为Cr3+的离子方程式为_____________________________________________。
②pH对废水中Cr2072-去除率的影响如右图。
电解过程中溶液的pH取值在______范围内对降低废水中的铬含量最有利,请说明理由:
_____________________________________________________。
[注:
去除率(%)=[(c0-c)/co]×100%,式中:
co—处理前废水中Cr2O72-的浓度,c—处理后废水中Cr2O72-的浓度]
8、FeCl
可通过多种途径转化成FeCl
。
(1)在FeCl
溶液中加入适量氢碘酸,发生反应的离子方程式为
(2)工业上常将无水FeCl
在氮气做保护气下加热至300℃-350℃,通入干燥H
,而制得FeCl
。
该反应的化学方程式为
(3)工业上另一种制备FeCl
的方法是:
将无水的FeCl
与适量氯苯(C
H
Cl),在130℃持续加热约3小时,可发生如下反应:
2FeCl
+C
H
Cl
2FeCl
+C
H
Cl
+HCl
根据有机反应规律,该反应中氯苯发生的是(填有机反应类型)。
(4)分析上述三个反应,下列有关说法正确的是(填序号)。
①反应
(1)中,氢碘酸既表现了酸性,又表现了还原性
②反应(3)中,HCl为氧化产物
③上述三个反应中,FeCl
均为还原产物
(5)请另写一个FeCl
转化成FeCl
的化学方程式:
9、CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。
以含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取CoCl2·6H2O的一种新工艺流程如下图:
已知:
①钴与盐酸反应的化学方程式为:
Co+2HCl=CoCl2+H2↑
②CoCl2·6H2O熔点86℃,易溶于水、乙醚等;常温下稳定无毒,加热至110~120℃时,失去结晶水变成有毒的无水氯化钴。
③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Al(OH)3
开始沉淀
2.3
7.5
7.6
3.4
完全沉淀
4.1
9.7
9.2
5.2
请回答下列问题:
⑴在上述新工艺中,用“盐酸”代替原工艺中“盐酸与硝酸的混酸”直接溶解含钴废料,其主要优点为。
⑵加入碳酸钠调节pH至a,a的范围是。
⑶操作Ⅰ包含3个基本实验操作,它们是、和过滤。
⑷制得的CoCl2·6H2O需减压烘干的原因是。
⑸为测定产品中CoCl2·6H2O含量,某同学将一定量的样品溶于水,再向其中加入足量的AgNO3溶液,过滤,并将沉淀烘干后称量其质量。
通过计算发现产品中CoCl2·6H2O的质量分数大于100%,其原因可能是。
⑹在实验室中,为了从上述产品中获得纯净的CoCl2·6H2O,采用的方法是
。
10、某工厂用CaSO4、NH3、CO2制备(NH4)2SO4,其工艺流程如下。
回答下列问题:
(1)硫酸铵在农业生产中的用途是(一种即可),写出利用该流程制备(NH4)2SO4的总化学方程式:
。
(2)a和b分别是(填序号)。
A.足量CO2、适量NH3B.足量NH3、适量CO2
C.适量CO2、足量NH3D.适量NH3、足量CO2
(3)上述流程中,可以循环使用的物质有(写化学式)。
(4)从滤液中获得(NH4)2SO4晶体,必要的操作步骤是。
(5)上述流程中,有关NH3作用的说法正确的是。
A.提供制备所需的氮元素B.增大CO
的浓度促进反应发生
C.作反应的催化剂 D.生产1mol(NH4)2SO4,至少消耗2molNH3
11、医用氯化钙可用于生产补钙、抗过敏和消炎等药物。
以工业碳酸钙(含有少量Na+、Al3+、Fe3+等杂质)生产医药级二水合氯化钙(CaCl2·2H2O的质量分数为97.0%~103.0%)的主要流程如下:
(1)除杂操作是加入Ca(OH)2,调节溶液pH为8.0~8.5,以除去溶液中的少量Al3+、Fe3+。
检验Fe(OH)3是否沉淀完全的实验操作是。
(2)酸化操作是加入盐酸,调节溶液的pH约为4.0,其目的有:
①防止Ca2+在蒸发时水解;②。
(3)测定样品中Cl-含量的方法是:
a.称取0.7500g样品,溶解,在250mL容量瓶中定容;b.量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中;c.用0.05000mol·L-1AgNO3溶液滴定至终点,消耗AgNO3溶液体积的平均值为20.39mL。
①上述测定过程中需用溶液润洗的仪器有。
②计算上述样品中CaCl2·2H2O的质量分数为。
③若用上述方法测定的样品中CaCl2·2H2O的质量分数偏高(测定过程中产生的误差可忽略),其可能原因有;。
12、海水是巨大的资源宝库,从海水中提取食盐和溴的过程如下:
(1)从海水中可以得到食盐。
为了除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO2-4及泥沙,可将粗盐溶于水,然后进行下列五项操作:
①过滤,②加过量NaOH溶液,③加适量盐酸,④加过量NaCO3溶液,⑤加过量BaCl2溶液。
正确的操作顺序是
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- 十一 工艺流程