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(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2+H2O
②废水处理(石灰乳中和法)
Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O
③废渣利用,制砖或制造水泥
(2)能量的充分利用。
化工生产中应充分利用反应热,这对于降低成本具有重要意义。
硫酸生产中的反应热不仅用于预热反应物满足自身能量的需要,而且还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)。
(3)厂址选择和生产规模。
化工厂厂址的选择,涉及原料、水源、能源、土地供应,市场需求、交通运输和环境保护等因素,应对这些因素综合考虑,作出合理的抉择。
由于硫酸是腐蚀性液体,不便贮存和运输,因此硫酸厂应建在靠近硫酸消费中心的地区,应避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区。
工厂规模大小,主要由硫酸用量的多少来决定。
3.绿色化学
中学化学中涉及到的化工生产知识渗透绿色化学的观点,具体体现在如下几个方面:
(1)节省资源,提高原料转化率和利用率。
例如在合成氨工业,硝酸工业,接触法制硫酸,联合制碱法等工艺流程中采取了循环操作,体现了绿色化学中节省能源的基本原理。
(2)化工生产中均介绍了尾气回收方法和处理装置以防止或减少环境污染。
例如:
氨氧化法制硝酸、接触法制硫酸、炼钢、炼铁等均介绍了尾气处理或尾气吸收装置。
(3)现行教材中涉及的化工生产体现了绿色化学内涵——设计新的化学反应条件,降低对人类健康和环境的危害,减少废弃物的产生和排放。
例如教材中介绍了无氰电镀,由乙炔制乙醛工业生产中使用非汞催化剂的原因。
三、高考真题
1.(05广东22)钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属,钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。
制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿,我国的钛铁矿矿储量居世界首位。
含有Fe2O3的钛铁矿(主要
成分为FeTiO3)制取TiO2的流程如下:
⑴Ti的原子序数为22,Ti位于元素周期表中第_______周期,第______族。
⑵步骤①加铁的目的是___________________________________________________________;
步骤②冷却的目的是___________________________________________________________。
⑶上述制备TiO2的过程中,可以利用的副产物是__________________;
考虑成本和废物综合利用因素,废液中应加入___________________处理。
⑷由金红石(TiO2)制取单质Ti,涉及到的步骤为:
已知:
①C(s)+O2(g)==CO2(g);
△H=-393.5KJ/mol
②2CO(g)+O2(g)==2CO2(g);
△H=-566KJ/mol
③TiO2(s)+2Cl2(g)==TiCl4(s)+O2(g);
△H=+141KJ/mol
则TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)==TiCl4(s)+2CO(g)的△H=________________________。
反应TiCl4+2Mg==2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是_______________________。
2.(06广东22)(13分)往有机聚合物中添加阻燃剂,可增加聚合物的使用安全性,扩大其应用范围。
例如,在某聚乙烯树脂中加入等质量由特殊工艺制备的阻燃型Mg(OH)2,树脂可燃性大大降低。
该Mg(OH)2的生产工艺如下:
⑴精制卤水中的MgCl2与适量石灰乳反应合成碱式氯化镁[Mg(OH)2-xClx·
mH2O],
反应的化学方程式为。
⑵合成反应后,继续在393K~523K下水热处理8h,发生反应:
[Mg(OH)2-xClx·
mH2O]==(1-
)Mg(OH)2+
MgCl2+mH2O
水热处理后,过滤、水洗。
水洗的目的是。
⑶阻燃型Mg(OH)2具有晶粒大,易分散、与高分子材料相容性好等特点。
上述工艺流程中与此有关的步骤是。
⑷已知热化学方程式:
Mg(OH)2(s)==MgO(s)+H2O(g);
△H1=+81.5kJ·
mol-1
Al(OH)3(s)=
Al2O3(s)+
H2O(g);
△H2=+87.7kJ·
①Mg(OH)2和Al(OH)3起阻燃作用的主要原因是。
②等质量Mg(OH)2和Al(OH)3相比,阻燃效果较好的是,
原因是。
⑸常用阻燃剂主要有三类:
A、卤系,如四溴乙烷;
B、磷系,如磷酸三苯酯;
C、无机类,主要是Mg(OH)2和Al(OH)3。
从环保的角度考虑,应用时较理想的阻燃剂是
(填代号),理由是。
3.(05上海26)我国化学侯德榜改革国外的纯碱生产工艺,生产流程可简要表示如下:
(1)上述生产纯碱的方法称,副产品的一种用途为。
(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是。
(3)写出上述流程中X物质的分子式。
(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上,主要是设计了(填上述流程中的编号)的循环。
从沉淀池中取出沉淀的操作是。
(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠,可取少量试样溶于水后,再滴加。
(6)向母液中通氨气,加入细小食盐颗粒,冷却析出副产品,通氨气的作用有。
(a)增大NH4+的浓度,使NH4Cl更多地析出(b)使NaHCO3更多地析出
(c)使NaHCO3转化为Na2CO3,提高析出的NH4Cl纯度
4.(05上海27)硫酸铁(PFS)是一种新型高效的无机高分子絮凝剂,广泛用于水的处理。
用铁的氧化物为原料来制取聚合硫酸猴,为控制水解时Fe3+的浓度,防止生成氢氧化铁沉淀,原料中的Fe3+必须先还原为Fe2+。
实验步骤如下:
(1)用98%的硫酸配制28%的硫酸,所需的玻璃仪器除量筒外,还有。
(a)容量瓶(b)烧杯(c)烧瓶
(2)步骤
取样分析溶液中的Fe2+、Fe3+的含量,目的是。
(a)控制溶液中Fe2+与Fe3+含量比(b)确定下一步还原所需铁的量
(c)确定氧化Fe2+所需NaClO3的量(d)确保铁的氧化物酸溶完全
(3)用NaClO3氧化时反应方程式如下:
6FeSO4+NaClO3+3H2SO4→3Fe2(SO4)3+NaCl+3H2O
若改用HNO3氧化,则反应方程式如下
6FeSO4+2HNO3+3H2SO4→3Fe2(SO4)3+NO↑+4H2O
已知1molHNO3价格0.16元、1molNaClO3价格0.45元,评价用HNO3代替NaClO3作氧化剂的得弊,利是,弊是。
聚合硫酸铁溶液中SO42¯
与Fe3+物质的量之比不是3:
2。
根据下列供选择的试剂和基本操作,测定聚合硫酸铁产品溶液中SO42¯
与Fe3+物质的量之比。
(4)测定时所需的试剂。
(a)NaOH(b)FeSO4(c)BaCl2(d)NaClO3
(5)需要测定和的质量(填写化合物的化学式)。
(6)选出测定过程中所需的基本操作(按操作先后顺序列出)。
(a)萃取、分液(b)过滤、洗涤(c)蒸发、结晶
(d)冷却、称量(e)烘干或灼烧
5.高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。
以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。
(1)KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。
其消毒机理与下列物质相同的是______(填代号)。
a.84消毒液(NaClO溶液)b.双氧水c.苯酚d.75%酒精
(2)高锰酸钾保存在棕色试剂瓶,下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_______(填代号)。
a.浓硝酸b.硝酸银c.氯水d.烧碱
(3)上述流程中可以循环使用的物质有______________、______________(写化学式)。
(4)若不考虑物质循环与制备过程中的损失,则1molMnO2可制得__________molKMnO4。
(5)该生产中需要纯净的CO2气体。
若实验室要制备纯净的CO2所需试剂最好选择___________(选填代号)。
a.石灰石b.稀HClc.稀H2SO4d.纯碱
所需气体发生装置是_____________(选填代号)。
(6)操作Ⅰ的名称是_____________;
操作Ⅱ是根据KMnO4和K2CO3两物质在__________(填性质)上差异,采用____________(填操作步骤)、趁热过滤得到KMnO4粗晶体的。
6.现有含FeCl2杂质的氯化铜晶体(CuCl2·
2H2O),为制取纯净的CuCl2·
2H2O,首先将其制成水溶液,然后按下图所示步骤进行提纯:
已知H2O2、KMnO4、NaClO、K2Cr2O7均具有强氧化性,要将溶液中的Cu2+、Fe2+、Fe3+沉淀为氢氧化物,需溶液的pH分别为6.4、6.4、3.7。
请回答下列问题:
(1)本实验最适合的氧化剂X是__________
A.K2Cr2O7B.NaClOC.H2O2D.KMnO4
(2)物质Y不可以是___________
A.CuOB.CuCl2C.Cu(OH)2D.CuCO3
(3)除去Fe3+的有关离子方程式是(物质Y在
(2)中选择合适的选项):
________________________________________________________________
(4)加入氧化剂的目的是____________________________________________________。
(5)最后能不能直接蒸发结晶得到CuCl2·
2H2O?
__________(填“能”或“不能”)。
如不能,应如何操作?
(如能,此空不填)________________________________________________。
7.氨是最重要的氮肥,是产量最大的化工产品之一。
课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法,是德国人哈伯在1905年发明的,其合成原理为:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g);
△H=—92.4kJ/mol他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。
试回答下列问题:
(1)合成氨工业中采取的下列措施可用勒夏特列原理解释的是(填序号)
A、采用较高压强(20Mpa~50Mpa)
B、采用500℃的高温
C、用铁触媒作催化剂
D、将生成的氨液化并及时从体系中分离出来,N2和H2循环到合成塔中并补充N2和H2
(2)右图是实验室模拟工业法合成氨的简易装置。
简述检验有氨气生成的方法。
(3)在298K时,将10molN2和30molH2放入合成塔中,为何放出的热量小于924kJ?
。
(4)1998年希腊亚里斯多德大学的Marmellos和Stoukides
采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+),实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨。
其实验装置如图。
阴极的电极反应式。
8.空气吹出法工艺,是目前“海水提溴”的最主要方法之一。
其工艺流程如下:
(1)溴在周期表中位于_________周期,_________族。
(2)步骤
中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率,为什么?
(3)步骤
的离子方程式:
________________________________________。
(4)步骤
的蒸馏过程中,溴出口温度为何要控制在80—900C。
温度过高或过低都不利于生产,请解释原因:
___________________________________________。
(5)步骤
中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物,可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。
分离仪器的名称是_____________,分离时液溴从分离器的_____(填“上口”或“下口”)排出。
(6)为什么不直接用含溴的海水进行蒸馏得到液溴,而要经过“空气吹出、SO2吸收、氯化”:
四、强化训练
1、在硫酸工业中,通过下列反应使SO2转化为SO3:
2SO2+O2
2SO3,ΔH<0,已知常压下平衡混合气体中SO3体积分数为91%。
试回答:
(1)在生产中常用过量的空气是为了____________________________________。
(2)加热到400℃~500℃是由于_____________________________________。
(3)压强采用______________,原因是__________________________________。
(4)常用浓H2SO4来吸收SO3而不用水,因为___________________________。
2、下面是合成氨的简要流程示意图:
沿x路线回去的物质是
A.N2和H2B.催化剂C.NH3D.H2
3、利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下:
依据上述流程,完成下列填空:
(1)天然气脱硫时的化学方程式是_______________________________________。
(2)nmolCH4经一次转化后产生CO0.9nmol,产生H2___________________________mol
(3)K2CO3(aq)和CO2反应在加压下进行,加压的理论依据是__________________
A.相似相溶原理B.勒夏特列原理C.酸碱中和原理
(4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于___________________________(写出一种用途)。
(5)整个流程有三处循环,一是Fe(OH)3循环,二是K2CO3(aq)循环,请在上述流程图中标出第三处循环(循环方向、循环物质)。
4、氯碱厂电解饱和食盐水溶液制取NaOH的工艺流程示意图如下:
依据上图,完成下列填空:
(1)在电解过程中,与电源正极相连的电极上发生反应的化学方程式为___________,与电源负极相连的电极附近,溶液的pH_________。
(2)工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质,精制过程发生反应的离子方程式为____________。
(3)如果粗盐中SO
含量较高,必须添加钡试剂除去SO
,该钡试剂可以是__________。
A.Ba(OH)2B.Ba(NO3)2C.BaCl2
(4)为了有效地除去Ca2+、Mg2+、SO
,加入试剂的合理顺序为________________,
A.先加入NaOH,后加入Na2CO3,再加入钡试剂
B.先加入NaOH,后加入钡试剂,再加入Na2CO3
C.先加入钡试剂,后加入NaOH,再加入Na2CO3
(5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异,通过_________________、冷却、_______________________(填写操作名称)除去NaCl。
(6)用隔膜法电解食盐水时,电解槽分隔为阳极区和阴极区,防止Cl2和NaOH反应;
采用无隔膜电解冷的食盐水,Cl2和NaOH充分接触,产物仅是NaClO和H2,相应的化学方程式为____________________________。
5、甲、乙、丙三个化肥厂生产尿素所用的原料不同,但生产流程相同,试解答下列问题:
(1)用化学方程式表示甲、乙、丙三个工厂合成尿素的原料气H2和CO2的生产过程。
①甲厂以焦炭、空气和水为原料;
②乙厂以天然气、空气和水为原料;
③丙厂以石脑油(主要成分C5H12)、空气和水为原料。
(2)按工业有关规定,利用原料所制得的原料气H2和CO2的物质的量之比,若最接近合成尿素的原料气NH3(换算为H2的物质的量)和CO2物质的量之比,则对原料的利用率最高。
据此判断甲、乙、丙三个工厂哪个工厂对原料的利用率最高?
6、制取硝酸铵的流程图如下:
(1)合成氨的原料通常各来自何处?
(2)已知N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),ΔH=-92kJ·
mol-1。
请解释:
①什么是可逆反应?
②为有效提高氨的产率,实际生产中宜采取哪些措施?
(3)写出氨催化氧化的化学方程式。
铂—铑合金网有何作用?
为什么铂铑合金网未预热也会发热?
(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物,如何消除它们对大气的污染?
写出反应式。
(5)举出硝酸铵的两种主要用途。
解释为什么该用途对现代社会非常重要?
(6)在一定温度和压强的密闭容器中,将平均式量为8.5的H2和N2混合,当该反应达到平衡时,测出平衡混合气的平均式量为10,此时N2的转化率为______________,平衡混合气体中NH3的体积分数为____________________________________。
7.蛇纹石矿可以看作由MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2组成。
由蛇纹石制取碱式碳酸镁的实验步骤如下
氢氧化物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
开始沉淀pH
1.5
3.3
9.4
(1)蛇纹石矿加盐酸溶解后,溶液里除了Mg2+外,还含有的金属离子是________
(2)进行Ⅰ操作时,控制溶液pH=7-8(有关氢氧化物沉淀的pH见右表)Ca(OH)2不能过量,若Ca(OH)2过量可能会导致_________溶解、_________沉淀。
(3)从沉淀混合物A中提取红色氧化物作颜料,先向沉淀物A中加入(填入物质的化学式),然后__________________________________(依次填写实验操作名称)。
(4)物质循环使用,能节约资源。
上述实验中,可以循环使用的物质是___________(填写物质化学式)。
(5)现设计一个实验,确定产品aMgCO3·
bMg(OH)2·
cH2O中a、b、c的值,请完善下列实验步骤(可用试剂:
浓硫酸、碱石灰):
①样品称量②高温分解③____________________________________
④____________________________________⑤MgO称量
(6)18.2g产品完全分解后,产生6.6gCO2和8.0gMgO,由此可知,产品的化学式中:
a=_________b=_________C=_________
8.我国有丰富的天然气资源。
以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出):
请填写下列空白:
(1)已知0.5mol甲烷和0.5mol水蒸气在t℃,pkPa时,完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气),吸收了akJ热量。
该反应的热化学方程式是:
(2)在合成氨的实际生产过程中,常采取的措施之一是:
将生成的氨从混合气体中及时分离出来,并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用,同时补充氮气和氢气。
请应用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由:
(3)当甲烷合成氨气的转化率为75%时,以5.60×
107L甲烷为原料能够合成L氨气。
(假设体积均在标准状况下测定)
(4)已知尿素的结构简式为,请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式:
①,②。
参考答案
1.(05广东22)(12分)
(1) 4ⅣB (各1分,共2分)
(2)将Fe3+还原为Fe2+ (2分)
析出(或分离、或得到)FeSO4·
7H2O (2分)
(3)FeSO4·
7H2O (1分)
石灰(或碳酸钙、废碱) (1分)
(4)-80kJ·
mol-1 (2分)
防止高温下Mg(Ti)与空气中的O2(或CO2、N2)作用(2分)
(答出“Ar用作保护气”的给1分)
2.(06广东22)
⑴2MgCl2+(2-X)Ca(OH)2+2mH2O
2[Mg(OH)2-XClx·
mH2O]+(2-X)CaCl2
⑵除去附着在Mg(OH)2表面的可溶性物质MgCl2、CaCl2等。
⑶表面处理。
⑷①Mg(OH)2和Al(OH)3受热分解时吸收大量的热,使环境温度下降;
同时生成的耐高温、稳定性好的MgO、Al2O3覆盖在可燃物表面,阻燃效果更佳。
②Mg(OH)2Mg(OH)2的吸热效率为:
81.5kJ·
mol-1/58g·
mol-1=1.41kJ·
g-1
Al(OH)3的
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