工业流程2.docx
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工业流程2.docx
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工业流程2
32.(14分)铬酸铅俗称铬黄,不溶于水。
广泛用于涂料、油
墨、漆布、塑料和文教用品等工业。
实验室模拟工业上用铬污泥(含有Cr203、Fe203、A1203、Si02等)制备铬黄的工艺流程如下:
(1)将铬污泥粉碎的目的是______________,操作a的名称为_______;
(2)废渣的主要成分是A1(0H)3和Fe(OH)3。
已知250C时,A1(0H)3的Ksp=1.3x10-33,则该温度下反应
的平衡常数为_______;
(3)写出加入30%H202过程中发生的离子反应方程式:
______________;
(4)实验室洗涤铬黄沉淀的方法:
______________;
(5)写出浓盐酸与A1203反应的离子方程式:
______________。
32.(16分)工业利用精炼镁渣(含有MgO、KCl、MgCl2、BaCl2、CaCl2、FeCl3等杂质)回收MgCl2的工业流程如下:
已知:
25℃时有关物质的溶度积如下:
物质
CaCO3
MgCO3
BaCO3
Mg(OH)2
Fe(OH)3
Ksp
4.96×10-9
6.82×10-6
5.1×10-9
5.61×10-12
2.64×10-38
回答下列问题:
(1)写出溶解时的离子方程式
(2)溶解时温度不能太高,也不宜太低,要求控制在35℃左右,其理由是
(3)操作I包含多个操作,分别为过滤,洗涤,烘干。
烘干时需要减压烘干,原因是。
(4)为减少Na2CO3的用量和提高产品质量,在中和工序(中和后溶液接近中性)结束前要检验溶液中是否存在离子,选择检验该离子的原因是。
(5)母液的主要成分。
32.(16分)
(1)MgO+2H+=H2O+Mg2+(2分)
(2)溶解时温度太低,反应速率过慢,温度太高,HCl会挥发(3分)
(3)蒸发浓缩,冷却结晶(2分);降低烘干时的温度,防止MgCl2·6H2O分解(3分)
(4)Ba2+(2分);BaCO3溶解度仅小于MgCO3的溶解度,而大于其他物质的溶解度,当Ba2+除尽其它杂质已经除尽(2分)
(5)KCl、NaCl和MgCl2(2分)
32.(17分)工业上以软锰矿为原料,利用烧结烟气中的SO2
制备MnSO4·H2O的流程如下:
某软锰矿的主要成分为MnO2,还含有Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物。
酸浸过程发生反应:
MemOn+H+→Me(2n/m)++H2O,Me表示Fe、Al、Zn、Cu等。
25℃时部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表:
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Mn(OH)2
Cu(OH)2
Zn(OH)2
CuS
ZnS
MnS
FeS
pH
5.2
3.2
9.7
10.4
6.7
8.0
≥-0.42
≥2.5
≥7
≥7
回答下列问题:
(1)酸浸时SO2将MnO2还原为MnSO4,其离子方程式为 。
酸浸时SO2的吸收率与pH和温度的关系如下图,为提高SO2的吸收率,酸浸适宜的
条件是 。
图1:
SO2的吸收率与pH值的关系 图2:
SO2的吸收率与温度的关系
(2)滤渣B的主要成分是 。
(3)加入MnS的目的是 。
(4)操作IV的步骤为 、 、过滤、洗涤、干燥。
(5)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,在不断搅拌情况下,电解酸化的MnSO4溶液,
阳极的电极反应式为:
。
(6)已知金属离子浓度小于1.0×10-5mol/L时认为已经完全沉淀,根据表格数据,计算25℃时Zn(OH)2溶度积Ksp为(不需计算过程)。
32.(17分)
(1)MnO2+SO2=Mn2++SO42-(3分);pH为3左右、温度为40℃左右(2分)
(2)Fe(OH)3、Al(OH)3(2分)
(3)除去Cu2+、Zn2+(2分)
(4)蒸发浓缩冷却结晶(2分)
(5)Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+(3分)
(6)1.0×10-17(3分)
32.(16分)工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下:
请回答下列问题:
(1)步骤①所得废渣的成分是 (写化学式),操作I的名称。
(2)步骤②、③的变化过程可简化为(下式R表示VO2+,HA表示有机萃取剂):
R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层)
2RAn(有机层)+nH2SO4 (水层)
②中萃取时必须加入适量碱,其原因是 。
③中X试剂为 。
(3)⑤的离子方程式为。
(4)25℃时,取样进行试验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表:
pH
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
钒沉淀率%
88.1
94.8
96.5
98.0
98.8
98.8
96.4
93.1
89.3
结合上表,在实际生产中,⑤中加入氨水,调节溶液的最佳pH为 ;若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀,则溶液中c(Fe3+)<。
〖已知:
25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39〗
(5)该工艺流程中,可以循环利用的物质有 和 。
32.(16分)
(1)SiO2(2分);过滤(2分)
(2)加入碱中和硫酸,促使平衡正向移动,提高钒的萃取率[或类似表述,如提高RAn(有机层)的浓度、百分含量等](2分);H2SO4(2分)
(3)NH3·H2O+VO3-=NH4VO3↓+OH-(2分)
(4)1.7~1.8(或1.7、1.8其中一个)(2分),2.6×10-3mol·L-1(2分)
(5)氨气(或氨水)(1分);有机萃取剂(1分)
32.(17分)
某硫酸工厂的酸性废水中砷(As)元素含量极高,为控制砷的排放,采用化学沉降法处理含砷废水,相关数据如下表。
请回答以下问题:
表1.几种盐的Ksp表2.工厂污染物排放浓度及允许排放标准
难溶物[
Ksp
Ca3(AsO4)2
6.8×10-19
CaSO4
9.1×10-6
FeAsO4
5.7×10-21
污染物
H2SO4
As
废水浓度
29.4g/L
1.6g·L-1
排放标准
pH6~9
0.5mg·L-1
⑴该硫酸工厂排放的废水中硫酸的物质的量浓度c(H2SO4)=mol·L-1。
⑵若酸性废水中Fe3+的浓度为1.0×10-4mol·L-1,c(AsO43-)=mol·L-1。
⑶工厂排放出的酸性废水中的三价砷(H3AsO3弱酸)不易沉降,可投入MnO2先将其氧化成五价砷(H3AsO4弱酸),MnO2被还原为Mn2+,反应的离子方程式为
。
⑷在处理含砷废水时采用分段式,先向废水中投入生石灰调节pH到2,再投入生石灰将pH调节到8左右使五价砷以Ca3(AsO4)2形式沉降。
①将pH调节到2时废水中有大量沉淀产生,沉淀主要成分的化学式为;
②Ca3(AsO4)2在pH调节到8左右才开始沉淀,原因为
。
③砷酸(H3AsO4)分步电离的平衡常数(25℃)为:
K1=5.6×10-3K2=1.7×10-7K3=4.0×10-12,
第三步电离的平衡常数的表达式为K3=。
Na3AsO4的第一步水解的离子方程式为:
AsO43-+H2O
HAsO42-+OH-,该步水解的平衡常数(25℃)为:
(保留两位有效数字)。
32.(17分)
⑴0.3(2分)
⑵5.7×10-17(2分)
⑶2H++MnO2+H3AsO3=H3AsO4+Mn2++H2O(3分)。
⑷①CaSO4(2分)
②H3AsO4是弱酸,当溶液中pH调节到8左右,c(AsO43-)增大,Ca3(AsO4)2开始沉淀(3分)
[或:
pH增大,促进H3AsO4电离,c(AsO43-)增大,Qc=c3(Ca2+)·c2(AsO43-)≥Ksp[Ca3(AsO4)2,Ca3(AsO4)2才沉淀]
③
(2分)2.5×10-3(3分)。
32.(16分)硅孔雀石是一种含铜矿石,含铜形态为CuCO3·Cu(OH)2和CuSiO3·2H2O,同时含有SiO2、FeCO3、Fe2O3、Al2O3等杂质。
以其为原料制取硫酸铜的工艺流程如图:
⑴完成步骤①中稀硫酸与CuSiO3·2H2O反应的化学方程式:
CuSiO3·2H2O+H2SO4=CuSO4+_______+H2O;双氧水的作用是____。
⑵步骤②调节溶液pH,可以选用的试剂是______
A.CuOB.Fe2O3C.Al2O3DCu(OH)2
⑶有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表:
氢氧化物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
开始沉淀的pH
3.3
1.5
6.5
4.2
沉淀完全的pH
5.2
3.7
9.7
6.7
步骤②中,调节pH=4时,所得滤渣B的成分的化学式为,滤液B中除Cu2+外,还含有的金属阳离子是。
⑷将滤液B通过、,过滤等操作可得到硫酸铜晶体。
⑸测定硫酸铜晶体结晶水的含量时,应将其放入______中灼烧。
加热失水后,若在空气中冷却称量,测定结果_____(填“偏高”、“偏低”或“不变”)。
32.(16分)⑴H4SiO4(2分),将Fe2+氧化成Fe3+(2分)
⑵AD(4分,选一个对的得2分,全对4分)
⑶Fe(OH)3、Al(OH)3(2分各1分),Al3+(1分)
⑷蒸发浓缩、冷却结晶(2分)⑸坩埚(1分);偏低(2分)
32.(16分)MnO2是重要无机材料,某学习小组设计了将粗MnO2(含有较多的MnO、MnCO3和Fe2O3,其中Fe2O3质量百分含量为10%)样品转化为纯MnO2实验,其流程如下:
(已知:
氧化性强弱顺序:
ClO3->MnO2>Fe3+)
(1)铝与二氧化锰在高温下发生铝热反应,相关反应的化学方程式为:
。
(2)第②步反应离子方程式为:
。
(3)第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台(含铁圈)、玻璃棒、、;
第③步蒸发得到的固体中除了含有NaClO3和NaOH外,还一定含有(写化学式)。
(4)MnO2是碱性锌锰电池的正极材料,则碱性锌锰电池放电时,正极的电极反应式是:
。
(5)若粗MnO2样品的质量为28.2g,第①步反应后,经过滤得到17.4gMnO2,并收集到448mLCO2(标准状况下),则在第②步反应中至少需要molNaClO3才能将Mn2+完全转化为MnO2。
32.(16分)
(1)2Al+3MnO2
3Mn+2Al2O3(3分)
(2)5Mn2++2ClO3-+4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+8H+(3分)
(3)酒精灯蒸发皿(2分,各1分)NaCl(2分)
(4)MnO2+e-+H2O=MnO(OH)+OH-或2MnO2+2e-+H2O=Mn2O3+OH-(3分)
(5)0.04(3分)
32.(15分)高纯度氧化铝有广泛的用途,某研究小组研究用以下流程制取高纯度氧化铝:
根据上述流程图回答下列问题:
(1)“除杂”操作是加入过氧化氢后,用氨水调节溶液的pH约为8.0,以除去硫酸铵溶液中的少量Fe2+。
写出在除去Fe2+离子的过程中,发生的主要反应的离子方程式:
。
(2)检验上述流程中“过滤”后杂质是否除尽的实验方法是____________________________。
(3)配制硫酸铝溶液时,需用硫酸酸化,酸化的目的是。
(4)“结晶”这步操作中,母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层晶体即停止加热,然后冷却结晶,得到铵明矾晶体(含结晶水)。
母液不能蒸干的原因是。
(5)铵明矾晶体的化学式为NH4Al(SO4)2·12H2O,在0.1mol/L铵明矾的水溶液中,离子浓度最大的离子是,离子浓度最小的离子是。
32.(16分)净水剂液体聚合硫酸铝铁兼具铁盐和铝盐的双重絮凝特性,一般是以铁盐为主,铝盐为辅。
现用的铝土矿(其主要成分是Al2O3,含有少量杂质Fe2O3和SiO2,其他杂质忽略不计)来制备该净水剂,其工艺流程如下:
(1)H2SO4浓度的适宜范围是45%~50%,反应的适宜温度是100℃,其目的是:
;
Al2O3与H2SO4反应的化学反应方程式是___________
___。
(2)操作I为:
冷却静置、、洗涤,所得到的溶液I中的金属阳离子有___________(填化学式)。
(3)溶液I中加入绿矾(FeSO4·7H2O)和双氧水的目的是:
,
涉及的反应离子方程式为__。
(4)钢材镀铝后,表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀,请在答题卡中完成钢材镀铝的装置示意图,并作相应标注。
32.(16分)
(1)提高铁和铝的浸出率(2分,合理给分),Al2O3+3H2SO4==Al2(SO4)3+3H2O(3分)。
(2)过滤(2分);Al3+、Fe3+(2分)
(3)增大n(Fe3+)(2分),H2O2+2Fe2++2H+==2H2O+2Fe3+(3分)
(4)如右图所示(2分,电极标注正确1分,电源标注正确1分)
36.普通纸张的主要成分是纤维素。
在早期的纸张生产中,常采用纸张表面涂敷明矾的工艺,以填补其表面的微孔,防止墨迹扩散,请回答下列问题:
(1)人们发现纸张会发生酸性腐蚀而变脆、破损,严重威胁纸质文物的保存。
经分析检验,发现酸性腐蚀主要与造纸中涂敷明矾的工艺有关,其中的化学原理是____________________________;为了防止纸张的酸性腐蚀,可在纸浆中加入碳酸钙等添加剂,该工艺原理的化学(离子)方程式为________________________________________。
(2)为了保护这些纸质文物,有人建议采取下列措施:
①喷洒碱性溶液,如稀氢氧化钠溶液或氨水等。
这样操作产生的主要问题是________;
②喷洒Zn(C2H5)2,Zn(C2H5)2可以与水反应生成氧化锌和乙烷。
用化学(离子)方程式表示该方法生成氧化锌及防止酸性腐蚀的原理________________、________________。
(3)现代造纸工艺常用钛白粉(TiO2)替代明矾。
钛白粉的一种工业制法是以钛铁矿(主要成分FeTiO3)为原料按下列过程进行的,请完成下列化学方程式:
①
FeTiO3+
C+
Cl2
TiCl4+
FeCl3+
CO
②
TiCl4+
O2
TiO2+
Cl2
36.O5
(1)明矾水解产生酸性环境,在酸性条件下纤维素水解,使高分子链断裂
CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
(2)①过量的碱同样可能会导致纤维素水解,造成书籍污损
②Zn(C2H5)2+H2O===ZnO+2C2H6↑
ZnO+2H+===Zn2++H2O
(3)①2 6 7 2 2 6 ②1 1 1 2
16.利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(NO2)2,其部分工艺流程如下:
石灰乳
―→
―→
―→……―→无水Ca(NO2)2
气体排放 滤渣
(1)一定条件下,NO与NO2存在下列反应:
NO(g)+NO2(g)N2O3(g),其平衡常数表达式为K=________。
(2)上述工艺中采用气—液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入,石灰乳从吸收塔顶喷淋),其目的是___________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
滤渣可循环使用,滤渣的主要成分是__________(填化学式)。
(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。
若n(NO)∶n(NO2)>1∶1,则会导致________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
若n(NO)∶n(NO2)<1∶1,则会导致_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)生产中溶液需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物之一是NO,其反应的离子方程式为_________________________________________________________。
16.[答案]
(1)
(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收 Ca(OH)2
(3)排放气体中NO含量升高 产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高
(4)3NO
+2H+===NO
+2NO↑+H2O
4.晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料,可用于制芯片和太阳能电池等。
以下是工业上制取纯硅的一种方法。
图K40-2
请回答下列问题(各元素用相应的元素符号表示):
(1)在上述生产过程中,属于置换反应的有________(填反应代号)。
(2)利用反应③能制得纯硅的原因是__________________________________________。
(3)化合物W的用途很广,通常可用作建筑工业和造纸工业的黏合剂,可作肥皂的填充剂,是天然水的软化剂。
将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1373~1623K反应,生成化合物W,其化学方程式是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)A、B、C三种气体在生产过程中可循环使用的是________(写化学式);在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是________(写化学式);分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是________(写化学式)。
(5)工业上合成氨的原料H2是先将焦炭与水蒸气反应生成水煤气,再提纯水煤气得到纯净的H2,提纯水煤气得到纯净的H2的化学方程式为_____________________________。
(6)反应生成的气体只是A而不是B的原因是____________________________________
________________________________________________________________________。
4.
(1)①②③
(2)反应中只有Si是固体,其他物质在1357K时均为气体且与硅不反应
(3)SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑
(4)HCl CO2 CO2和HCl
(5)CO+H2O(g)
CO2+H2
CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O
(6)石英砂原料价格昂贵,焦炭廉价,反应物中焦炭应过量。
即使生成二氧化碳,二氧化碳也会在高温下与焦炭反应生成一氧化碳(CO2+C
2CO)
36.草酸(乙二酸)可作还原剂和沉淀剂,用于金属除锈、织物漂白和稀土生产。
一种制备草酸(含2个结晶水)的工艺流程如下:
图0
回答下列问题。
(1)CO和NaOH在一定条件下合成甲酸钠、甲酸钠加热脱氢的化学反应方程式分别为________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________。
(2)该制备工艺中有两次过滤操作,过滤操作①的滤液是________,滤渣是________;过滤操作②的滤液是________和________,滤渣是________。
(3)工艺过程中③和④的目的是___________________________________________。
(4)有人建议甲酸钠脱氢后直接用硫酸酸化制备草酸。
该方案的缺点是产品不纯,其中含有的杂质主要是________________________。
(5)结晶水合草酸成品的纯度用高锰酸钾法测定。
称量草酸成品0.250g溶于水,用0.0500mol·L-1的酸性KMnO4溶液滴定,至浅粉红色不消褪,消耗KMnO4溶液15.00mL,反应的离子方程式为_________________________________________________________
________________________________________________________________________;
列式计算该成品的纯度____________________________________________。
36.[答案]
(1)CO+NaOH
HCOONa 2HCOONa
Na2C2O4+H2↑
(2)NaOH溶液 CaC2O4 H2C2O4溶液 H2SO4溶液 CaSO4
(3)分别循环利用氢氧化钠和硫酸(降低成本),减小污染
(4)Na2SO4
(5)5C2O
+2MnO
+16H+===2Mn2++8H2O+10CO2↑
×100%
=94.5%
3.世界环保联盟建议全面禁止使用氯气对饮用水进行消毒,而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯。
二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体,易溶于水、不稳定、呈黄绿色,在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释,同时需要避免光照、震动或加热。
实验室以电解法制备ClO2的流程如下。
图K40-7
(1)ClO2中所有原子 (填“是”或“不是”)都满足8电子结构。
如图K40-7所示,用电解法制得的产物中,杂质气体B能
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