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工业流程培优
南充一中高2016届培优资料
(工业流程题)
1、硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。
已知:
硼镁矿主要成分为Mg2B2O5•H2O,硼砂的化学式为Na2B4O7•10H2O。
利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程为:
回答下列有关问题:
(1)硼砂中B的化合价为 ,溶于热水后,常用H2SO4调pH2~3制取H3BO3,反应的离子方程式为 。
X为H3BO3晶体加热脱水的产物,其与Mg制取粗硼的化学方程式为。
(2)MgCl2•7H2O需要在HCl氛围中加热,其目的是 。
若用惰性电极电解MgCl2溶液,其阴极反应式为 。
(3)镁﹣H2O2酸性燃料电池的反应机理为Mg+H2O2+2H+═Mg2++2H2O,则正极反应式为
。
若起始电解质溶液pH=1,则pH=2时溶液中Mg2+离子浓度为 。
已知Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10﹣12,当溶液pH=6时, (填“有”或“没有”)Mg(OH)2沉淀析出。
(4)制得的粗硼在一定条件下生成BI3,BI3加热分解可以得到纯净的单质硼。
现将0.020g粗硼制成的BI3完全分解,生成的I2用0.30mol•L﹣1Na2S2O3(H2S2O3为弱酸)溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液18.00mL。
盛装Na2S2O3溶液的仪器应为 滴定管(填“酸式”或“碱式”)。
该粗硼样品的纯度为 。
(提示:
I2+2S2O32﹣
2I﹣+S4O62﹣)
2、高效净水剂聚合氯化铝铁(PAFC)的组成可表示为[AlFe(OH)nCl6﹣n]m,该物质广泛应用于日常生活用水和工业废水的处理。
(1)为检测PAFC中铝和铁元素的含量,采用如图所示流程进行。
回答下列问题:
①PAFC中铁元素的化合价为 。
②步骤I中的试剂A是 (从“氢氧化钠溶液”、“氨水”中选择),步骤Ⅲ中的试剂B是 。
③步骤Ⅱ的操作是 ,用到的主要玻璃仪器 。
(2)某工厂欲以工业废料(铁、铁和铝的氧化物)为原料制取PAFC,设计如下流程:
废料(Fe、Fe2O3、FeO、Al2O3)
酸性溶液
PAEC
①在废料中加入过量稀盐酸,发生多个离子反应,请在空白处补全离子方程式:
FeO+2H+
Fe2++H2OAl2O3+6H+
2Al3++3H2OFe2O3+6H+
2Fe3++3H2O
②所得酸性溶液中,不能确定是否一定存在的阳离子是 。
3、某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、MgO、SiO2、Al2O3等。
已知碳酸锰难溶于水。
一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰,流程如下:
阴离子膜法电解装置如图所示:
(1)写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式:
。
(2)已知Ksp(Fe(OH)3)=4×10-38,假设溶液中Fe3+离子浓度为0.1mol•L-1,则开始生成Fe(OH)3沉淀的pH是 ,沉淀完全的pH是 。
(可能用到的数据:
lg
=﹣0.1lg
=0.2)
(3)已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表:
离子
Fe3+
A13+
Fe2+
Mn2+
Mg2+
开始沉淀的pH
1.2
3.7
7.0
7.8
9.3
沉淀完全的pH
3.7
4.7
9.6
9.8
10.8
加氨水调节溶液的pH等于6,则“滤渣(待处理)”的成分是 (写化学式),滤液中含有的阳离子有H+和 (写符号)。
(4)在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣A中也无MnO2,请用离子方程式解释原因:
。
(5)电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向,则A电极是直流电源的 极。
实际生产中,阳极以稀硫酸为电解液,阳极的电极反应式为 。
(6)该工艺之所以采用阴离子交换膜,是为了防止Mn2+进入阳极区发生副反应生成MnO2造成资源浪费,写出该副反应的电极反应式:
。
4、Ⅰ.工业废水中Cr(Ⅲ)回收与再利用工艺如下:
注:
①硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3+,其次是Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+
②部分阳离子常温下以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表。
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Mg(OH)2
Al(OH)3
Cr(OH)3
pH
3.7
9.6
11.1
8
9(>9溶解)
(1)酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施 (至少写一条)。
(2)调pH=8是为了除去 离子(选填:
Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+)。
(3)钠离子交换树脂的原理为:
Mn++nNaR
MRn+nNa+,被交换的杂质离子是
(选填:
Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+)。
Ⅱ.电解法处理含Cr2O72﹣离子的废水(pH=4~6)的一种方法是:
往废水中加入适量NaCl,以铁为电极进行电解,同时鼓入空气,经过一段时间后,经过一段时间后,有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀产生,使工业废水中铬含量低于排放标准。
(1)阴极电极反应式:
。
(2)加入适量NaCl的作用?
。
(3)鼓入空气的作用?
。
5、电解铝技术的出现与成熟让铝从皇家珍品变成汽车、轮船、航天航空制造、化工生产等行业的重要材料。
工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,Fe2O3、SiO2等)提取纯Al2O3做冶炼铝的原料,某研究性学习小组设计了如下提取流程图
(1)固体Ⅱ的化学式为 ,该固体的颜色为 ;
(2)在实际工业生产流程⑤中需加入冰晶石,目的是 ;
(3)写出流程③的离子方程式 ;
(4)铝粉与氧化铁粉末在引燃条件下常用来焊接钢轨,主要是利用该反应 ;
(5)从铝土矿中提取铝的过程不涉及的化学反应类型是 ;
A、复分解反应B、氧化还原反应C、置换反应D、分解反应
(6)生产过程中除NaOH、H2O可以循环使用外,还可以循环使用的物质有 ;
(7)若向滤液Ⅰ中逐滴滴入NaOH溶液至过量,产生沉淀随NaOH滴入关系正确的是 。
6、金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀等性质被广泛用在高新科技材料和航天领域中。
“硫酸法”生产钛的原料是钛铁矿(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);主要生产流程如下:
已知反应:
①将钛铁矿与浓H2SO4煮解:
FeTiO3+2H2SO4(浓)
TiOSO4(硫酸氧钛)+FeSO4+2H2O。
②加水分解硫酸氧钛:
TiOSO4+(n+1)H2O═TiO2•nH2O+H2SO4。
请回答下列问题:
(1)副产品甲是 ,可循环利用的物质是 。
(2)上述生产流程中加入铁屑的目的是 。
(3)写出中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应的方程式为:
。
(4)最近,用熔融法直接电解中间产品乙制取金属钛获得成功。
写出电解乙制取金属钛的化学方程式
。
(5)“硫酸法”生产钛排放的废液对水体有哪些污染,请指出主要的两点:
①
;② 。
③根据废液的主要成分,针对其中一项污染,提出处理的方法:
。
7.(15分)无水三氯化铁易升华,有强烈的吸水性,是一种用途比较广泛的盐。
(1)实验室中可将FeCl3溶液、、过滤、洗涤干燥得FeCl3·6H2O;再,得到无水FeCl3。
(2)利用工业FeCl3制取纯净的草酸铁晶体[Fe2(C2O4)3·5H2O]的实验流程如下图所示:
①为抑制FeCl3水解,溶液X为。
②上述流程中FeCl3能被异丙醚萃取,其原因是
;检验萃取、分液后所得水层中是否含有Fe3+的方法是
。
③所得Fe2(C2O4)3·5H2O需用冰水洗涤,其目的是。
④为测定所得草酸铁晶体的纯度,实验室称取ag样品,加硫酸酸化,用KMnO4标准溶液滴定生成的H2C2O4,KMnO4标准溶液应置于右图所示仪器(填“甲”或“乙”)中;下列情况会造成实验测得Fe2(C2O4)3·5H2O含量偏低的是。
a.盛放KMnO4的滴定管水洗后未用标准液润洗
b.滴定管滴定前尖嘴部分有气泡,滴定后消失
c.滴定前仰视读数,滴定后俯视读数
8、利用酸解法制钛白粉产生的废液[含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4],生产铁红和补血
剂乳酸亚铁。
其生产步骤如下:
已知:
TiOSO4可溶于水,在水中可以电离为TiO2+和SO42—。
请回答:
(1)步骤①中分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作中所用的玻璃仪器是。
步骤②得到硫酸亚铁晶体的操作为蒸发浓缩、。
(2)步骤④的离子方程式是。
(3)步骤⑥必须控制一定的真空度,原因是有利于蒸发水以及。
(4)硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫,该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为。
(5)用平衡移动的原理解释步骤⑤中加乳酸能得到乳酸亚铁的原因
。
(6)为测定步骤②中所得晶体中FeSO4·7H2O的质量分数,取晶体样品ag,溶于稀硫酸配成100.00mL溶液,取出20.00mL溶液,用KMnO4溶液滴定(杂质与KMnO4不反应)。
若消耗0.1000mol•L-1KMnO4溶液20.00mL,所得晶体中FeSO4·7H2O的质量分数为(用a表示)。
9.聚合氯化铝是新型、高效絮凝剂和净水剂,其单体是液态碱式氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]。
工业上常采用铝
盐溶液部分水解制备碱式氯化铝,其工艺流程如下:
已知:
高岭土:
Al2O3(25%~34%)、SiO2(40%~50%)、Fe2O3(0.5%~3.0%)及少量杂质和水。
Al3+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH为5.2。
根据流程图回答下列问题:
(1)写出溶解过程中反应的离子方程式;
。
(2)加适量铝粉的主要目的是____________________________________________。
(3)溶液的pH需控制在4.2~4.5的原因是,
。
(4)“蒸发浓缩”需保持温度在90~100℃,控制该温度的操作名称是,写出该过程反应的化学方式。
10、(Ⅰ)硒鼓回收料含硒约97%,其余为约3%的碲和微量的氯。
从该回收料中回收硒的工
艺流程如下图所示(已知煅烧过程中,回收料中的硒、碲被氧化成SeO2和TeO2):
部分物质的物理性质如下表:
(l)Se与S是同族元素,比S多1个电子层,Se在元素周期表的位置为;
H2SeO4的酸性比H2SO4的酸性(填“强”或“弱”)。
(2)实验中往往需将硒鼓回收料粉碎,其目的是
。
(3)乙醇浸取后过滤所得滤渣的主要成分是。
蒸发除去溶剂后,所得固体中仍含有少量Te02杂质,除杂时适宜采用的方法是。
(4)以SO2为还原剂可将Se02还原为单质硒,写出反应的化学方程式:
(Ⅱ)二氧化钛广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等,二氧化钛还可作为制备钛单质的原料。
二氧化钛可由以下两种方法制备:
方法1:
TiCl4水解生成TiO2·xH2O,过滤、水洗除去其中的Cl-,再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO2,此方法制备得到的是纳米二氧化钛。
(1)①TiCl4水解生成TiO2·xH2O的化学方程式为;
②检验TiO2·xH2O中Cl-是否被除净的方法是
。
方法2:
可用含有Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3,其中Ti元素化合价为+4价)制取,其主要流程如下:
(1)甲溶液中除含TiO2+之外还含有的金属阳离子有__________________。
(2)加Fe的作用是_________________________________。
(3)TiO2制取单质Ti,涉及到的步骤如下:
反应②的方程式是,该反应需要在Ar气氛中进行,请解释原因:
。
(Ⅲ)工业上以粗铜为原料采取如图1所示流程制备硝酸铜晶体:
①在步骤a中,还需要通入氧气和水,其目的是
。
②在操作Ⅰ之前,对滤液用HNO3调节pH值至1,其目的是(结合离子方程式说明)
。
③从滤液中制取硝酸铜晶体的操作Ⅰ的具体步骤是
、、。
(2)图2是某小组学生查阅资料后所绘出的硝酸铜晶体[Cu(NO3)2nH2O]的溶解度曲线(温度在300C左右对应不同的晶体),说法正确的是。
(a)A点时的溶液为不饱和溶液(b)B点时两种晶体可以共存
(c)按上述流程最终得到的晶体一定是Cu(NO3)23H2O
(d)若将C点时的溶液降温至300C以下,可以析出Cu(NO3)26H2O晶体
(3)某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2-和HCO3-)为电解质,以丁烷为燃料,以空气为氧化剂,以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。
正极电极反应式为
用该燃料电池和如图所示装置来电解饱和食盐水,若电解后得到200mL3.25mol·L-1NaOH溶液,则消耗C4H10的体积在标准状况下为mL。
11.海水中含有丰富的镁资源。
工业上常用海水晒盐后的苦卤水提取Mg,流程如下图所示:
(1)试剂Ⅰ一般选用_________(填化学式)。
(2)工业制取镁的化学方程式
为。
(3)下图是金属镁和卤素反应的能量变化图(反应物和产物均为298K时的稳定状态)。
①由图可知Mg与卤素单质的反应均为_________(填“放热”或“吸热”)反应;推测化合物的热稳定性顺序为MgI2______MgF2(填“>”、“=”或“<”)。
②依上图数据写出MgBr2(s)与Cl2(g)反应的热化学方程式
。
(4)金属Mg与CH3Cl在一定条件下反应可生成CH3MgCl,CH3MgCl是一种重要的有机合成试剂,易与水发生水解反应并有无色无味气体生成。
写出CH3MgCl水解的化学方程式
。
(5)向Mg(OH)2中加入NH4Cl溶液,可使沉淀溶解,请结合平衡原理和必要的文字解释原因
。
12.(20分)I(6分)下列叙述正确的是
B.电镀的酸性废液用碱中和后就可以排放
C.电解制铝的过程中,作为阳极材料的无烟煤不会消耗
D.使用煤炭转化的管道煤气比直接燃煤可减少环境污染
II(14分)硅在地壳中的含量较高。
硅及其化合物的开发由来已久,在现代生活中有广泛应用。
回答下列问题:
(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时,得到一种“金属”。
这种“金属”可能是。
(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。
其中,生产普通玻璃的主要原料有。
(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。
工业上提纯硅有多种路线,其中一种工艺流程示意图及主要反应如下:
①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅,该反应的化学方程式为
;碳化硅又称,其晶体结构与相似。
②在流化床反应的产物中,SiHCl3大约占85%,还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等,有关物质的沸点数据如下表,提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和。
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
2355
57.6
31.8
8.2
-30.4
-84.9
-111.9
③SiHCl3极易水解,其完全水解的产物为。
(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料,这些原料是。
13.(15分)锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。
某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2),导电剂乙炔黑和铝箔等。
充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6。
现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。
回答下列问题:
(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为。
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式。
(3)“酸浸”一般在800C下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式
;可用
盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是。
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式。
(5)放电过程中,发生LiCoO2与Li1-XCoO2之间的转化,写出放电时电池反应的方程式
。
(6)上述工艺中,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是
;在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有
(填化学式)
14.锌锰电池(俗称干电池)在生活中的用量很大。
两种锌锰电池的构造图如图(a)所示。
回答下列问题:
(1)普通锌锰电池放电时发生的主要反应为:
Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH
①该电池中,负极材料主要是,电解质的主要成分_,正极发生的主要反应是。
②与普通锌锰电池相比,碱性锌锰电池的优点及其理由是
。
(2)图(b)表示回收利用废旧普通锌锰电池的一种工艺(不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属)。
①图(b)中产物的化学式分别为A,B。
②操作a中得到熔块的主要成分是K2MnO4。
操作b中,绿色的K2MnO4溶液反应后生成紫色溶
液和一种黑褐色固体,该反应的离子方程式为。
③采用惰性电极电解K2MnO4溶液也能得到化合物D,则阴极处得到的主要物质是。
(填化学式)
15、废旧硬质金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁,利用电解法可回收WC和Co。
工艺流程简图如下:
(1)电解时废旧刀具做阳极,不锈钢做阴极,HCL溶液为电解液。
阴极主要的电极反应式为
。
(2)净化步骤所得滤饼的主要成分是。
回收的洗涤液代替水配制电解液,目的是回收利用其中的。
(3)溶液I的主要成分是。
洗涤CoC2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响,但焙烧时会造成环境污染,原因是。
(4)将Co2O3还原成Co粉的化学反应方程式为。
南充一中高2016届培优资料
工业流程题答案
1、
(1) +3 , B4O72﹣+2H++5H2O=4H3BO3 。
X 3Mg+B2O3
2B+3MgO 。
(2) 防止MgCl2水解生成Mg(OH)2 。
2H2O+Mg2++2e﹣=H2↑+Mg(OH)2↓ 。
(3) H2O2+2H++2e﹣=2H2O 。
0.045mol•L﹣1 。
没有 (4) 碱式 99% 。
2、① +3 。
② 氢氧化钠溶液 CO2 。
③ 过滤 , 烧杯、玻璃棒、漏斗 。
(2) Fe+2H+═Fe2++H2↑、Fe+2Fe3+═3Fe2+ ② Fe3+ 。
3、
(1) MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑+H2O 。
(2) 1.9 , 3.2 。
(3)Al(OH)3、Fe(OH)3 Mn2+、Mg2+、NH4+ 。
(4) MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O 。
(5) 负 。
4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O 。
(6) Mn2+﹣2e﹣+2H2O=MnO2+4H+, 。
4、
(1) 升高温度,搅拌,过滤后再向滤渣中加入H2SO4(多次浸取),适当延长浸取时间等 。
(2) Fe3+、Al3+ 。
(3) Mg2+、Ca2+ 。
Ⅱ、
(1) Cr2O72﹣+14H++6e﹣=2Cr3++7H2O 。
(2) 增强废水的导电性,便于电解的进行 。
(3) 将阳极溶解生成的Fe2+转化为Fe3+,便于形成沉淀除去 。
5、
(1) Fe2O3 , 红棕色 ;
(2) 降低Al2O3的熔化温度,减少能量消耗 ;
(3) AlO2﹣+2H2O+CO2=Al(OH)3↓+HCO3﹣ ;(4) 放出大量的热 ;
(5) C ;(6)CaOCO2 ;(7) D 。
6、
(1) FeSO4•7H2O , 硫酸 。
(2) 防止Fe2+氧化(成Fe3+) 。
(3) TiO2+2Cl2+2C
TiCl4+2CO 。
(4) TiO2(熔融)
Ti+O2↑ 。
(5)① 废液呈强酸性,污染水体 ;② 因废液中含有的Mn2+、Cu2+、Cr3+等重金属离子排入水体中
会造成水体污染,使水体生物绝迹 。
③ 加入熟石灰 。
7.
(1)蒸发(浓缩)、冷却(结晶);将FeCl3·6H2O在HCl的气氛中加热脱水(每空1分)
(2)①(浓)盐酸②FeCl3在异丙醚中的溶解度大于其在水中的溶解度;取少量溶液,向其中滴加少量KSCN溶液,若溶液变红,则含有Fe3+。
(或其他合理方法)
③除去杂质、减少草酸铁晶体的溶解损耗④甲;c(每空2分)
9.
(1)Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O(2分)
(2)除去溶液中的铁离子(2分)
(3)pH超过4.5,Al3+会形成Al(OH)3沉淀;pH低于4.2,Al3+水解程度很小,很难形成液态碱式氯
化铝[Al2(OH)nCl6-n](2分)
(4)水浴加热(2分) 2AlCl3+nH2O===Al2(OH)nCl6-n+nHCl(2分)
(Ⅱ)
(1)①TiCl4+(x+2)H2O
TiO2·xH2O↓+4HCl(加热条件)
②取最后一次洗涤液,滴加硝酸酸化的AgNO3溶液,不产生白色沉淀,说明Cl-已除净。
(2)Fe3+、Fe2+(3)将Fe3+转化为Fe2+
(4)TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti(800℃)防止高温下Mg(Ti)与空气中的O2(或CO2、N2)作用
(Ⅲ)
(1)①将NOx转化为硝酸,提高原料的利用率,减少污染物的排放。
②由于铜离子水解:
Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+,加入HNO3能抑制硝酸铜水解
③蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤
(2)b、d13O2+26CO2+52e-===26CO32-56011.
11、
(1)Ca(OH)2
(2)MgCl2(熔融)==Mg+Cl2↑(必须有条件:
电解)
(3)①放热,<②MgBr2(s)+Cl2(g)===MgCl2(s)+Br2(l)△H=-117kJ·mol—1
(4)CH3MgCl+H2O===CH4+Mg(OH)Cl↓或2CH3MgCl+2H2O===2CH4↑+Mg(OH)2↓+MgCl2
(5)Mg(OH)2(s)
Mg2+(aq)+2OH¯(aq),铵根离子结合氢氧根离子生成一水合氨,降低了氢
氧根离子浓度,使氢氧化镁沉淀的溶解平衡向右移动,沉淀溶解。
12、IADII
(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)
(2)石英砂、纯碱和石灰石
(3)①SiO2+3C
SiC+2C
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