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1508年四川化流程工题
15-08年四川化工题
1.(16分)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。
某化学研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2,另含有少量头铁、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(反应条件已略去)。
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Fe3+,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只与软锰矿浆中的MnO2反应。
按照图示流程,将am3(标准状况)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MnO2___________kg。
2.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.(16分)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。
硫酸钙可在下图所示的循环燃烧装置的燃料反应器中与甲烷反应,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为。
(3)已知1molCH4在燃料反应器中完全反应生成气态水时吸收 160.1kJ,1molCH4在氧气中完全燃烧生成气态水时放热802.3kJ。
写出空气反应器中发生的热化学方程式:
。
(4)回收的CO2与苯酚钠在一定条件反应生成有机物M,其化学式为C7H5O3Na,M经稀硫酸酸化后得到一种药物中间体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.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:
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.(16分)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:
硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是____________________________________。
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,加入适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,反应完成后,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.
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。
在锂离子电池中,需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子选移的介质,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
。
7.(15分)1mol水蒸汽和炽热的焦炭反应生成水煤气,反应吸热131.4kJ·mol-1。
利用该反应生成的氢气和空气中的氮气合成氨,其反应的△H<0。
氨可以用于制备硝酸。
请回答:
(1)生成水煤气的热化学方程式是;
(2)合成氨需要在较大的压力下进行的原因是;
(3)温度过高或过低对合成氨的影响是;
(4)由氨生成HNO3的各步反应的化学方程式是;
(5)某化肥厂由NH3制备HNO3,进而生产硝铵(NH4NO3)。
假设由氨氧化生成HNO3的总产率是85%,而HNO3和NH3完全反应生成NH4NO3。
列式计算:
①从NH3制取NH4NO3过程中,用于中和硝酸所需的氨占总的氨消耗量的分数;
②若氨的消耗总量为100kg,可生产NH4NO3的量。
8.(16分)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。
活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:
FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。
请回答下列问题:
(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是。
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择(填字母编号)。
A.KMnO4溶液B.K3[Fe(CN)6]溶液C.KSCN溶液
(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质除尽。
通入空气引起溶液pH降低的原因是。
(4)FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25℃,101kPa时:
4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)
=-1648kJ/mol
C(s)+O2(g)=CO2(g)
=-393kJ/mol
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s)
=-1480kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是。
(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。
该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S,正极反应式是。
(6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%。
将akg质量分数为b%的硫酸加入到ckg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。
按上述流程,第Ⅲ步应加入FeCO3kg。
2015四川各地诊断试题
9.(16分)某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2),可利用含钴废催化剂(主要成分为Co、Fe、SiO2,杂质不与硫酸反应)为原料制取,其工艺流程如下:
(1)第Ⅰ步在过滤后,将滤渣洗涤2~3次,洗液与滤液合并,其目的是。
(2)检验第Ⅱ步所得的生成液中Cl—的方法是。
(3)第Ⅲ步加入适量的Na2CO3调节酸度,生成黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀,写出该反应的化学方程式。
(4)工业上利用第
步、第
步产生的废气(CO2)来生产燃料甲醇,已知常温常压下:
①CH3OH(l)+O2(g)===CO(g)+2H2O(g)△H1=-354.8kJ•mol-1
②2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)△H2=+566kJ•mol-1
则反应2CO2(g)+4H2O(g)===2CH3OH(l)+3O2(g)△H=______kJ•mol-1
(5)已知第
步测得充分煅烧后钴氧化物质量为2.41g,CO2的体积为1.344L(标准状况),写出该钴氧化物的化学式,第
步生成钴酸锂(LiCoO2)的化学方程式是。
(6)将制得的钴酸锂(LiCoO2)的正极粉均匀涂覆在铝箔上按右图所示装置进行电解,有一定量的钴以Co2+的形式从正极粉中浸出,且两极均有气泡产生,一段时间后正极粉与铝箔剥离,阴极的电极反应式是和。
10(14分)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。
硫、氮氧化物是形成酸雨、雾霾等环境污染的罪魁祸首,采用合适的措施消除其污染是保护环境的重要措施。
Ⅰ.研究发现利用NH3可消除硝酸工业尾气中的NO污染。
NH3与NO的物质的量之比分别为1:
3、3:
l、4:
1时,NO脱除率随温度变化的曲线如图所示。
(1)①曲线a中,NO的起始浓度为6×10-4mg/m3,从A点到B点经过0.8s,该时间段内NO的脱除速率为▲mg/(m3·s)。
②曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是▲,其理由是▲
(2)已知在25℃,101kPa时:
N2(g)+3H2(g)===2NH3(g)△H=-Q1/mol
2H2(g)+O2(g)===2H2O
(1)△H=-Q2kJ/mo1
N2(g)+O2(g)===2NO(g)△H=+Q3kJ/mo1
请写出用NH3脱除NO的热化学方程式▲。
Ⅱ.工业上还可以变“废”为“宝”,将雾霾里含有的SO2、NO等污染物转化为Na2S2O4(保险粉)和NH4NO3等化工用品,其生产流程如下:
(3)装置Ⅱ中NO转变为NO3-的反应的离子方程式为▲。
(4)装置Ⅲ制得Na2S2O4的同时还能让Ce4+再生,原理如图所示。
其阴极的电极反应式为:
▲。
(5)按上述流程处理含有amolSO2、bmolNO的雾霾(b>a),并制取Na2S2O4和NH4NO3。
装置Ⅰ中SO2、装置Ⅱ中NO、装置Ⅲ中HSO3-和Ce3+、装置Ⅳ中NO2-全部转化,处理完毕后装置Ⅱ中Ce4+的剩余量与加入量相比没有变化,则至少需向装置Ⅳ中通入标准状况下的O2▲L(用含a、b的代数式表示)。
11.(15分)某工业废料中主要含有Al2O3、Co2O3·CoO、少量Fe3O4等金属氧化物(Co2O3·CoO不与强碱反应)。
实验室科技人员欲将之分离并制备相关物质,设计流程如下:
(1)过程Ⅰ中的操作名称是,写出过程Ⅰ发生反应的化学方程式。
(2)溶液a中含有金属离子有。
(3)溶液a中逸出的黄绿色气体是氯气,下列说法不正确的是。
①氯气是有漂白性的酸性气体
②液氯和氯水均为液体,且都含有氯分子
③将氯气通入碱液时,氯气既是氧化剂,又是还原剂
④次氯酸见光易分解,说明次氯酸是弱酸
⑤向氯水中滴硝酸银溶液,有白色沉淀生成,说明氯水中含Cl-
(4)写出过程Ⅱ发生反应的离子方程式:
。
高铁电池的总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O
3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH
则充电时阳极反应式为。
(5)Co可以形成CoC2O4·2H2O(M为183g/mol),5.49g该晶体在空气中加热,在不同温度下分别得到一种固体物质,其质量如表:
温度范围(℃)
固体质量(g)
150-210
4.41
290-320
2.41
890-920
2.25
经测定,210℃~290℃过程中,产生的气体只有CO2,则此过程发生的化学反应方程式为:
。
12.铁及其化合物与生产、生活关系密切。
(1)右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①该电化腐蚀的类型为__________腐蚀。
②图中A、B、C三点附近的区域内,腐蚀最严重的是(填字母)。
(2)已知Fe3+、Fe2+、Cu2+在溶液中沉淀的pH如下表:
印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCI3。
腐蚀铜板后的混合溶液中,若Cu2+、Fe3+和Fe2+的浓度均为0.10mol.L-1,请参照上表给出的数据和提供的药品,简述除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+的实验步骤:
①__;②;③过滤。
(提供的药品:
Cl2、浓H2S04、NaOH溶液、CuO、Cu)
(3)用废铁皮制取铁红(Fe2O3)的部分流程示意图如下:
①向Fe(NO3)2溶液中加入稀盐酸,溶液颜色由浅绿色变为棕黄色,该反应的原理为______________(用离子方程式表示)。
②步骤Ⅱ中发生反应:
4Fe(NO3)2+O2+(2n+4)H2O=2Fe2O3·nH2O+8HNO3,反应产生的HNO3又将废铁皮中的铁转化为Fe(NO3)2,结合流程写出该反应的化学方程式为。
(4)某铁质容器材料为碳素钢,可盛装冷浓硫酸。
取5.60g该材料放人15.0mL浓硫酸中加热,充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。
①甲组通过实验确定了X中含有Fe3+,为检验X中是否还含有Fe2+,可另取X溶液加入(填序号)。
A.KSCN溶液和氯水B.K3[Fe(CN)6]溶液
C.NaOH溶液D.酸性KMnO4溶液
②为分析气体Y中的成分,乙组将560mL(标准状况)气体Y通入足量溴水,然后向该溶液中加入足量BaCl2溶液,过滤、洗涤、干燥后,称得沉淀质量为2.33g。
则气体Y通入足量溴水反应的离子方程式为____,参加该反应的气体在Y中的体积分数为.
13.碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。
(1)C、CO、CO2在实际生产中有如下应用:
a.2C+SiO2
Si+2COb.3CO+Fe2O3
2Fe+3CO2
c.C+H2O
CO+H2d.CO2+CH4
CH3COOH
上述反应中,理论原子利用率最高的是。
(2)有机物加氢反应中镍是常用的催化剂。
但H2中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒,在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO2,为弄清该方法对催化剂的影响,查得资料如下:
图Ⅰ图Ⅱ
则:
①不用通入O2氧化的方法除去CO的原因是。
②SO2(g)+2CO(g)=S(s)+2CO2(g)△H=。
(3)汽车尾气中含大量CO和氮氧化物(NO
)等有毒气体,可以通过排气管内壁活性炭涂层、排气管内催化剂装置进行处理。
①活性炭处理NO的反应:
C(s)+2NO(g)
N2(g)+CO2(g)∆H=-akJ·mol-1(a>0)
若使NO更加有效的转化为无毒尾气排放,以下措施理论上可行的是:
。
a.增加排气管长度b.增大尾气排放口
c.添加合适的催化剂d.升高排气管温度
②在排气管上添加三元催化转化装置,CO能与氮氧化物(NO
)反应生成无毒尾气,其化学方程式是。
(4)利用CO2与H2反应可合成二甲醚(CH3OCH3)。
以KOH为电解质溶液,组成二甲醚——空气燃料电池,该电池工作时其负极反应式是。
(5)电解CO制备CH4和W,工作原理如右图所示,生成物W是,其原理用电解总离子方程式解释是。
14.海水是一个巨大的化学资源宝库,利用海水可以获得很多化工产品。
(1)海水中制得的氯化钠可用于生产烧碱及氯气。
反应的离子方程式是。
(2)利用制盐后的盐卤提取溴的工艺流程如下(部分操作和条件已略去):
将Br2与Na2CO3反应的化学方程式补充完整:
(3)盐卤蒸发冷却后析出卤块的主要成分是MgCl2,此外还含Fe2+、Fe3+、Mn2+等离子。
以卤块为原料制得镁的工艺流程如下(部分操作和条件已略去):
生成氢氧化物沉淀的pH
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
Mg(OH)2
9.6
11.1
①步骤②中需控制pH=9.8,其目的是。
②用NaClO氧化Fe2+得到Fe(OH)3沉淀的离子反应方程式是。
③步骤③需在HCl保护气中加热进行,请用化学平衡移动原理解释原因________。
④NaClO还能除去盐卤中的CO(NH2)2,生成盐和能参与大气循环的物质。
除去0.1molCO(NH2)2时消耗
NaClOg。
14.(16分)锌钡白是一种白色颜料。
工业上是由ZnSO4与BaS溶液混合而成:
BaS+ZnSO4=ZnS↓+BaSO4↓。
请根据以下工业生产流程回答有关问题.
Ⅰ.ZnSO4溶液的制备与提纯:
有关资料:
a.菱锌矿的主要成分是ZnCO3,含少量SiO2、FeCO3、Cu2(OH)2CO3等;b.Zn(OH)2与Al(OH)3相似,能溶于过量的NaOH溶液生成Na2ZnO2;
(1)滤渣1的化学式为;②中使用的氧化剂最好是下列的(填序号)。
A.Cl2B.H2O2C.KMnO4D.浓HNO3
(2)滤渣2中主要成份的化学式为;为了达到综合利用、节能减排的目的,上述流程步骤④中的CO2可以来自于步骤(选填①、②、③、⑤)。
(3)步骤④发生的离子反应方程式为。
(4)与Al相似,Zn也能溶于NaOH溶液。
写出将Zn片和Cu片放入NaOH溶液中形成原电池的负极电极反应式:
。
Ⅱ.BaS溶液的制备
有关数据:
Ba(s)+S(s)+2O2(g)=BaSO4(s)△H1=—1473.2kJ•mol-1
C(s)+1/2O2(g)=CO(g)△H2=—110.5kJ•mol-1
Ba(s)+S(s)=BaS(s)△H3=—460kJ•mol-1
(5)若煅烧还原的产物仅为BaS和CO,则其反应的热化学方程式为:
。
Ⅲ.制取锌钡白
(6)如果Ⅰ中步骤⑤使用硫酸过量,产生的后果是。
16.(本题16分)钒是一种重要的合金元素,还用于催化剂和新型电池。
从含钒固体废弃物(含有SiO2、Al2O3及其他残渣)中提取钒的一种新工艺主要流程如图:
物质
V2O5
NH4VO3
VOSO4
(VO2)2SO4
溶解性
难溶
难溶
可溶
易溶
部分含钒化合物在水中的溶解性如上表:
请回答下列问题:
(1)反应①所得溶液中除H+之外的阳离子有___________。
(2)反应②碱浸后滤出的固体主要成分是(写化学式)。
(3)反应④的离子方程式为。
(4)25℃、101kPa时,ⅰ、4Al(s)+3O2(g)
2Al2O3(s)ΔH1=-akJ/mol
ⅱ、4V(s)+5O2(g)
2V2O5(s)ΔH2=-bkJ/mol
用V2O5发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是。
(5)钒液流电池(如图所示)具有广阔的应用领域和市场前景,该电池中隔膜只允许H+通过。
电池放电时负极的电极反应式为,电池充电时阳极的电极反应式是。
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- 1508 四川 流程