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化学实验与工艺流程
化学实验与工艺流程
现代用于实际化工生产的化学工艺流程是建立在化学实验基础之上的,在高考命题中往往是将化学工艺流程进行简化,与化学实验基本操作、循环经济、环境保护等融合起来,考查考生学以致用的化学理念。
:
复习时要针对所涉及的典型工艺流程(如硫酸工业、硝酸工业、合成氨工业、氯碱工业、金属冶炼、自来水生产流程等)进行分析,理解工艺流程中设备、操作等的意义,学会阅读简单的流程图。
以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下:
(1)将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整
(2)接触室中发生反应的化学方程式是_____________________________
(3)依据工艺流程图判断下列说法正确的是(选填序号字母)___________。
a.为使黄铁矿充分燃烧,需将其粉碎
b.过量空气能提高SO2的转化率
c.使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率
d.沸腾炉排出的矿渣可供炼铁
(4)每160gSO3气体与H2O化合放出260.6kJ的热量,该反应的热化学方程式是
___________________
(5)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收,再用浓硫酸处理,得到较高浓度的
SO2和铵盐。
①SO2:
既可作为生产硫酸的原料循环再利用,也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的
Br2。
SO2
吸收Br2
的离子方程式是________________________________
。
②为测定该铵盐中氮元素的质量分数,将不同质量的铵盐分别加入到
50.00mL相同浓度的NaOH溶液中,沸
水浴加热至气体全部逸出(此温度下铵
盐不分解),该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全,测定浓硫酸增加的
质量。
部分测定结果:
铵盐质量为10.00g和20.00g时,浓硫酸增加的质量相同;铵盐质量为
30.00
g时,浓硫酸增加的质量为
0.68
g;铵盐质量为40.00
g时,浓硫酸的质量不变。
计算:
该铵盐中氮元素的
质量分数是____%;若铵盐质量为
15.00g,浓硫酸增加的质量为
____________________________
。
(计
算结果保留两位小数)
(1)FeS2
(2)
(3)abd
(4)SO3(g)+H2
O
(1)=H2SO4
(1);△H=
-130.3
kJ/mol
(5)①SO2+Br2
+2H2O===4H++2Br-
+SO42-
;②14.
56;2.31g
2.一种新型的高效净水剂PAFC(聚合氯化铁铝[AiFe(OH)nCI6-n]m),广泛用于日常生活用水和工业污水的处
理。
某化工厂欲以工业生产废料(金属铁、铝及其氧化物)为原料制取
PAFC,设计生产流程如下:
FeAIFeO
取样分
析
过量2mol/
水解
Fe2O3Fe3O4
氧化调节PH值
PAFC
稀盐酸
酸性溶液
聚合
AI2O3
II
、
I
NaCIO3HCI(或NaOH)
请回答下列问题:
(1)用10mol/l
浓盐酸配制2mol/l
的稀盐酸。
所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外,还有
______。
A.容量瓶
B.烧杯
C.烧瓶
D.胶头滴管
(2)步骤I中加入过量稀盐酸的目的是___________________________________
(3)下列关于PAFC的说法中下列的是_______
A.PAFC具有较强的氧化性B.PAFC中Fe显+2价
-
C.PAFC溶于水能电离出OHD.PAFC在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在
(4)步骤II中取样分析的目的是_________
A.测定溶液中
2+
3
+
的含量比
B.测定原料是否完全溶解
Fe
与Fe
C.测定溶液中Fe2+的含量,以确定加入
NaCIO3的量
D.测定溶液中
AI
3+
的含量
(5)向该溶液中加入NaCIO3时,发生反应的离子方程式是_____________
(6)该化工厂的化验室为测定产品PAFC中AI和Fe的含量,进行下列试剂的选择和基本操作:
①测定所需要的试剂有_____
A.NH3.H2O
B.NaOH溶液
C.CO2
D.NaCIO3
②测定量直接测定的是
______和________的质量(填化学式)。
③在测定过程中的操作顺序是
__________
A.萃取
B.分液
C.过滤
D.蒸发
E.洗涤
F.称量
G.灼烧
H.冷却
答案:
(1)ABD
(2)抑制Fe2+.Fe3+.AI3+的水解(3)AD
(4)c.(5)6Fe2++6H++CIO3
-=6Fe3++CI-+
3H2O(6)
①BC
②AI2O3Fe2O3
③CEGHF
误点警示
本题的易错点主要有:
一是不清楚所加药品在物质转换中的作用,一般地讲,要从以下几个方面去分析所加药品的作用:
①是否是沉淀剂?
②是否是氧化剂?
③是否是抑制剂?
二是离子方程式的书写,找不出氧化剂和还原剂,反应前后元素的化合价的变化而易出错,信息型氧化还原反应方程式的书写是理科综合中重要的命题点,要引起高度重视;三是由于对元素化合物知识和基本实验操作掌握不熟练,对流程图理解不透彻,因而无法正确分析出需要测量的数据和操作顺序。
1.某版本的化学教材中安排了如图所示“合成氨”的演示实验(夹持仪器均已省略)。
在
Zn粒和稀H2SO4反应制取H2,另一侧用NaNO2固体和饱和NH4Cl溶液反应制取N2,N2和
Y形管的一侧用H2混合通过还原铁粉
来合成NH3,再将产生的气体通入酚酞试液中,若酚酞试液变红,即说明产生了氨气。
某课外活动小组通过查阅资料和多次实验,得到了如下信息:
信息一:
NaNO2固体和饱和NH4Cl溶液混合加热的过程中发生了如下反应:
N2和H2的体积比
5︰1
3︰1
1︰1
1︰3
1︰5
酚酞变红所需时间/min
8~9
7~8
6~7
3~4
9~10
信息二:
不同体积比的
N2、H2混合气体在相同实验条件下合成氨,使酚酞试液变红所需要的时间如下:
据此回答下列问题:
(1)Y形管左侧管中发生反应的化学方程式为
___________________。
(2)石棉绒的作用是___________________________________________。
(3)课外小组的同学们认为,该实验中即使酚酞试液变红也不能说明N2和H2反应合成了NH3,得出此结论
的理由是______________________,请你另设计一个简单的实验验证你的理由
_________________________________________________________________
;
欲解决这一问题,可以选用下图中的
________装置连接在原装置中的
________和_______之间。
(4)在上述实验过程中,为尽快观察到酚酞变红的实验现象,应该控制N2和H2的体积比为_________比较
适宜;但该装置还难以实现此目的,原因是__________________。
(5)实验过程中通入试管C中的气体的成分有__________________________。
解题思路:
(
1)根据题目提供的实验装置和实验目的可知。
Y型管的左端制备
H2右侧制备N2,实验室一
般用锌粒与稀盐酸反应制
H,故其离子方程式是为:
答案:
+
2+
+H↑
(2)增大混合气体与催
(1)Zn+2H=Zn
2
2
化剂还原铁粉的接触面积,。
(
2)石棉绒是一种性能稳定的物质,在实验室中一般作为载体使用,在这
里将还原性铁粉均匀分散在石棉绒上,
能增大N2和H2混合气体与催化剂的接触面积,
从而使反应进行得更
为充分。
(3)
根据信息可知,NaNO固体与饱和NHCI溶液反应过程中能产生
NH,因此不能确定使酚酞试
2
4
3
液变红的NH是N与H反应生成的。
可在装置A.B之间连接一个能除去
NH的装置,从而排除NaNO固体与
3
2
2
3
2
饱和NHCI溶液反应生成
NH带来的干扰。
根据装置①~③的结构和所盛装的药品,应选用装有浓硫酸且
4
3
能防倒吸的装置③。
要证明
NaNO2固体与饱和NH4CI溶液反应产生产生NH3,只要把反应产生的气体直接通
入酚酞试液,观察其颜色变化即可。
(4)根据信息二提供的数据,不难发现当
N2和H2的体积比为1:
3
时使酚酞试液变色的时间最短,故
N2和H2的体积比为1:
3
时比较适宜。
可以将
N2和H2用不同的导管一
起通入浓硫酸中,通过测定单位时间内产生气泡的个数可控制二者的体积比,但实验中并没有这样的装
置,因而达不到的控制N2.和H2的体积比的目的。
5)由于合成氨的反应为可逆反应,反应后的混合物中应含有N2.H2.NH3.
方法探究:
本题将合成氨的过程与实验设计。
信息数据处理融合在一起,思维空间大,能够很好地考
查考生整合知识的能力,符合高考的命题趋势。
解答时要仔细阅读分析题述信息和装置与所要回答的问题
之间的联系,从而得出正确答案。
回答时要注意语言的简洁和准确。
钛(Ti)被称为继铁、铝之后的“21世纪金属”金属,应用前景广泛.如图所示,将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链可以大大提高资源利用率,减少环境污染.请填写下列空白:
(1)电解食盐水总反应的离子方程式是2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑
(2)写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式
2FeTiO3+6C+7Cl2
2TiCl4+2FeCl3+6CO
(3)已知:
①Mg(s)+Cl(g)=MgCl(s)△H=-641kJ/mol;②Ti(s)+2Cl(g)=TiCl(s)△H=-770kJ/mol.
2224
下列说法中正确的是c.
A.Mg的燃烧热为641kJ/mol
B.Ti的能量一定比TiCl4高
C.等质量的Mg(s)、Ti(s)足量的氯气反应,前者放出的热量多
D.该冶炼Ti法对环境友好
(4)某厂日合成甲醇8.1t,理论上需氢气
0.5
t(不考虑生产过程中的损失).
(5)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池.该电池中正极上的电极反应式
是O2+2H2O+4e-=4OH-
考点:
金属冶炼的一般原理;热化学方程式;电极反应和电池反应方程式.
专题:
电化学专题;金属概论与碱元素.
分析:
(1)电解食盐水生成NaOH、H2和Cl2,以此书写离子方程式;
(2)从图示可知氯化时的反应物为FeTiO3、C、Cl2,生成物为FeCl3、TiCl4、CO,再根据得失电子和原子守恒即可得出该反应的方程式;
(3)A.根据燃烧热的定义判断;
B.反应热为反应物总能量与生成物总能量的差值;
C.根据方程式计算;
D.该冶炼过程使用了有毒Cl2,对环境有影响.
(4)根据反应的关系式计算;
(5)碱性甲醇电池中,O2在正极得电子发生还原反应.
(3)A.Mg不是在O2中燃烧,故641kJ/mol不能称其燃烧热,故
A错误;
(g)=TiCl(s)为放热反应,1molTi(s)和2molCl
2(g)的总能量大于
1molTiCl4(s
)
B.反应Ti(s)+2Cl2
4
的总能量,故B错误;
C.假设质量均为24g,则Mg(s)与足量Cl2(g)反应放出641kJ
热量,24gTi(s)与足量Cl2(g)
反应放出的热量=
24g
385kJ,故C正确;
770Kj/mol
48g/mol
D.该冶炼过程使用了有毒Cl2,对环境有影响.故D错误.
故答案为:
C;
(4)根据CO+2H2→CH3OH,CH3OH~CO~7/6CI2~7/6H2,所以生产
1molCH3OH,理论上还需补充氢气2-7/6=5/6
mol,即5/3gH2,故生产
8.1tCH3OH还需补充H2的质量0.5t.
故答案为:
0.5;
O2+2H2O+4e-=4OH-,
(5)碱性甲醇电池中,
O2在正极得电子发生还原反应,电极反应式为
故答案为:
O2+2H2O+4e-=4OH-.
点评:
本题考查较为综合,涉及离子方程式、化学反应与能量、电化学等知识,题目难度中等,本题注意把握电极方程式的
书写
2.钛被称为继铁、铝之后的第三金属,也有人说
“21世纪将是钛的世纪”。
(1)二氧化钛在现代社会里有广泛的用途,它的产量是一个国家国民经济发展程度的标志。
我国至今产量不足,尚需
进口二氧化钛。
“硫酸法”生产二氧化钛的原料是钛铁矿(主要成分是:
FeTiO3,还含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金属元素
及脉石等杂质),主要生产流程是:
(1)将钛铁矿与浓H2SO4煮解:
FeTiO3+2H2SO4(浓)
=TiOSO4+FeSO4+2H2O
(硫酸钛酰)
(2)加水分解硫酸氧钛:
TiOSO4+(n+1)H2O=TiO2.nH2O+H2SO4
“硫酸法”生产TiO2排放的废液对水体有哪
些污染,请指出主要的二点:
①____________________________________________;②_____________________________________________。
根据废液主要成分,针对其中一项污染,提出处理的方法。
③__________________________________
(2)某化学兴趣小组对Mg、Ti、Cu三种金属的金属活动性顺序进行探究。
提出假设:
a.Ti金属活动性比Mg强;b.Ti金属活动性比Cu弱。
查阅资料:
在相同条件下,金属与酸反应产生气泡的速度快,则该金属活动性越强。
实验设计:
同温下,取大小相同的这三种金属薄片,用砂布将表面擦光亮,分别投入等体积等浓度的足量稀盐酸和稀
HF溶液中反应,观察现象。
①稀盐酸:
放出H2速率Mg>Ti,铜不反应。
②稀HF:
放出
H2速率
Ti>Mg
根据上述
现象(填①或②)得出金
属活动性MgTi。
如何解释另一反常现象
。
(3)用含有Fe2O3的钛铁矿(主要成分是
FeTiO3)制取
TiO2、TiCI4和Ti
的流程如下:
TiO2+、SO42水浸
-
浓硫酸
80℃
煅烧
2+
钛铁矿
FeSO4·7H2O
HTiO3
3+
Fe
、Fe
TiO3
过滤
2
-
SO4
2-
滤
高温CI
/C(反应A)
2
①Fe
②冷却
滤液
CO
TiCI4
800℃Ar
Ti
(反应B)
Mg
热过滤
滤渣(弃)
A.步骤①加铁粉的目的是_____________________________________________________________
步骤②冷却的目的是________________________________.
B.上述过程中,可以利用的产物是
_________
C.写出TiO2.CI2.C高温下发生化学反应的化学方程式
___________
D.反应B:
TiCI4+2Mg
2MgCI2+Ti,在Ar气体中进行的目的是________
根据主要生产流程可知生产过程的废液中含有
H2SO4,可污染水体。
废液中所含的
Fe
2+具有较
强的还原性,能消耗水中的O2:
4Fe2+O2+4H+=4Fe3++2H2O.从而降低水体的O2的含量,使水生动物死
亡。
根据题述信息可知,
FeTiO3还含有少量的Mn.Zn.Cr.Cu等金属元素,这些元素的金属阳离子也会污染
水体。
根据H+.Fe2+.Mn2+
.Zn2+.Cr3+等离子的性质,可用Fe除去H+,而廉价的Ca(OH)2能与Fe2+.Mn2+.Zn2
+.Cr3+等反应,使其转化为对应的沉淀而除去。
2)钛铁矿与浓硫酸反应后含有
Fe
2+
.Fe
3
+
2-
FeSO4·7H2O显然
.SO4
根据转化关系可知铁元素最后形成副产品
加入Fe是将Fe
3+
2+
:
2F
3+
2+
。
步骤②的目的是将FeSO·7HO与TiO
+
.SO
2-
分离,降低温
转化为Fe
+Fe=3Fe
2
4
4
2
度有利于FeSO4·7H2O析出。
TiO2.CI
2.C反应得到的副产物CO及TiCI4与Mg反应生成的副产物
MgCI2都是重要的
化工原料,都可以利用。
TiO2.CI2.C在高温下发生反应,反应物
TiO2.CI2.C,生成物是
CO.Mg.Ti在高温下
都能与空气中Mg.Ti在高温下都能与空气中的
O等反应,Mg.Ti在高温下都能与空气中的
O等反应。
而在
2
2
TiCI反应条件:
高温,再根据原子守恒可写出其反应方程式。
Mg.Ti高温下都能与空气中
O等反应,而在
4
2
Ar气体中进行,能防止这些反应的发生。
本题易出错之处有两点:
一是不能正确分析
(1)小问中的反应与污染的关系及其处理方法;其二是
(2)小问中不能弄清楚各步流程所要达到的目的,特别是副产品的分析易出现疏漏的情况。
1.(易错题)工业生产中的物质循环利用形式有多种模式。
例如:
Z
M
X.Y
n
W
o
X.Y
X.Y
Z
x
X.Y
N
.
Z
W
M
n
e
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
下列说法正确的是()
A.图Ⅰ可用于合成氨中的
N、H的循环
B
.图Ⅰ可用于氨碱法制纯碱中
CO的循环
2
2
2
C.图Ⅱ可用于电解饱和食盐水中
NaCl的循环
D
.图Ⅲ可用于氨氧化法制硝酸中
NO的循环
2.从海水中提取镁的工艺流程图可表示如下:
贝壳
①
石灰乳
结晶、过滤
母液
④加盐酸
MgCI2.6H2O
脱水
电解
海水
2Mg(OH)2
MgCI2
Mg
②
③
浓缩、结晶
⑤
⑥
下列说法中不正确的是()
A.用此方法提取镁的优点之一是原料来源丰富
B.步骤⑥解MgCI2时阴极产生氯气
C.步骤⑤可将晶体置于HCI气体氛围中脱水
D.上述工艺流程中涉及到化合、分解和复分解反应
3.(基础题)侯德榜运用CO2+NH3+H2O+NaCI=NaHCO3+NH4CI的反应原理制纯碱。
下面是模拟实验的示意
图:
其中气体
A、B分别是
CO2和
NH3之一。
下列有关过程的叙述错误的是
(
)
A.A
气体是
CO2,B
气体是
NH3
B.过滤过程中会用到普通漏斗和玻璃棒
C.是在NH3的饱和溶液中加食盐,还是在CO2的饱和溶液中加食盐与两种气体的溶解度有关
D.第Ⅲ步操作过滤所得的晶体是NaHCO3,第Ⅳ步操作是灼烧
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