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题型十工艺流程题
题型十工艺流程题
1.(2018北京理综,26)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下
已知:
磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:
Ca5(PO4)3(OH)<CaSO40.5H2O
(1)上述流程中能加快反应速率的措施有
(2)磷精矿粉酸浸时发生反应
△
2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+IOH2SO4
1OCaSO40.5H2O+6H3PO4
1该反应体现出酸性关系:
H3PO4H2SO4(填>”或<”。
2结合元素周期律解释①中结论:
P和S电子层数相同,
⑶酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。
写出生成HF的化学方程式:
。
⑷H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。
相同投料比、相同反应时间、
不同温度下的有机碳脱除率如图所示。
80C后脱除率变化的原因
(5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有S「残留,原因
是;加入BaCO3可
进一步提高硫的脱除率,其离子方程式
■1
⑹取ag所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用bmolLNaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液cmL。
精制磷酸中H3PO4的质量分数是。
(已知:
H3PO4
的摩尔质量为98gmol-1)
答案
(1)研磨、加热
(2)<核电荷数PS,得电子能力P
△
(3)2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O10CaSO40.5H2O+6H3PO4+2HFf
(4)80C后,H2O2因温度升高分解,浓度降低,反应速率减小,脱除率下降
⑸CaS04微溶于水,存在溶解平衡CaS04(s)、一Ca2+(aq)+S-(aq)BaC03(s)+S-(aq)
BaS04(s)+C(aq)
(6)一%
解析
(1)由流程所给条件可知,研磨成粉可以增大反应物的接触面积,加快反应速率;加热可以提高反应
温度,加快反应速率。
(2)由强酸制弱酸的反应原理可知,硫酸的酸性强于磷酸;硫元素和磷元素都为第
三周期元素,同周期元素从左到右,原子半径依次减小,非金属性依次增强,最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强。
(3)Ca5(PO4)3F在酸浸过程中发生反应的化学方程式为2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O
10CaSO40.5H2O+6H3PO4+2HFf。
(4)其他条件相同时,80C后,出。
2因温度升高发生分解,浓度降
低,所以脱除率下降。
(5)由于硫酸钙微溶于水,而碳酸钙难溶于水,所以碳酸钙过量依然有部分硫酸根不能转化为沉淀除去;加入碳酸钡,硫酸根会转化为难溶的硫酸钡除去。
(6)由方程式可得转化关系
H3PO4~2NaOH~Na2HPO4,反应的氢氧化钠物质的量为bXcX10-3mol,则磷酸的物质的量为bXCX5X10-4
2•研究发现:
一节电池烂在地里,能够使一平方米的土地失去利用价值。
废旧电池的危害主要集中在其中所含的少量重金属上。
将废旧锌锰电池回收处理,既能减少它对环境的污染,又能实现废电池的资源化利用。
(1)回收填料中的二氧化锰和氯化铵。
已知:
废旧干电池填料的主要成分为二氧化锰、炭粉、氯化铵和
氯化锌等,其中氯化铵、氯化锌可溶于水。
回收物质的流程如图所示。
1操作中先将电池填料研碎的目的是
2操作1和操作2的名称都是,该操作中玻璃棒的作用
3灼烧滤渣1的目的是⑵回收二氯化锰:
将废旧锌锰电池处理,得到含锰混合物,向该混合物加入浓盐酸并加热。
①写出MnO(OH)与浓盐酸反应的化学方程式
②锰回收新方法:
向废旧锌锰电池内的混合物中加入一定量的稀硫酸和稀草酸(H2C2O4),并不断搅拌
至无CO2产生为止,写出MnO(OH)参与反应的化学方程
式:
。
与使用浓盐酸回收锰相比,新方法的优点是_
_(答1点即可)。
⑶废电池的锌皮可用于回收制作ZnSO47H2O。
过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:
常温下,加入稀硫酸和H2O2,铁溶解变为Fe3+,加碱调节pH为4,使溶液中的Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀此时
溶液中c(Fe3+)=molL。
继续加碱调节pH为时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为
-1
0.1molL-)o部分难溶电解质的溶度积常数(Ksp)如下表:
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-17
10-17
2.6>0-39
答案
(1)①增大接触面积,加快反应速率②过滤引流
3除去炭粉
△
(2)①2Mn0(0H)+6HCI(浓)2MnCI2+CI21+4H2O
②2MnO(OH)+H2C2O4+2H2SO4^2MnSO4+2CO21+4出0工艺流程简单住成C02和出0不影响MnSO4的纯度;反应过程无有毒有害物质生成,不造成二次污染;废物资源化等(答1点即可)
-9-
(3)2.6106
解析
(1)废旧干电池填料的主要成分为二氧化锰、炭粉、氯化铵和氯化锌等,其中氯化铵、氯化锌可溶
于水。
炭粉和二氧化锰不溶于水。
将电池填料溶解、过滤,滤渣1为炭粉和二氧化锰的混合物,经洗
涤、烘干、灼烧,炭粉与氧气反应生成二氧化碳,剩余的固体为二氧化锰;滤液1为氯化铵和氯化锌的
混合液,蒸发结晶、过滤得氯化铵晶体。
①操作中先将电池填料研碎的目的是增大接触面积,加快反
应速率。
②操作1和操作2为分离固体和液体混合物的操作,名称是过滤,玻璃棒的作用是引流。
③
灼烧滤渣1的目的是除去炭粉。
(2)①MnO(OH)与浓盐酸反应生成氯化锰、氯气和水,利用化合价升
降法配平,该反应的化学方程式为
△
2MnO(OH)+6HCI(浓)2MnCI2+CI2符4出0。
②MnO(OH)与稀硫
酸和稀草酸(H2C2O4)反应生成硫酸锰、二氧化碳和水,利用化合价升降法配平,该反应的化学方程式为
2MnO(OH)+H2C2O4+2H2SO4—2MnSO4+2CO2MH2O。
与使用浓盐酸回收锰相比,新方法的优点是工艺流程简单;生成C02和H2O不影响MnSO4纯度;反应过程无有毒有害物质生成,不造成二次污染;
废物资源化等。
(3)常温下,溶液的pH为4,c(OH-)=1>10-10molL-1,又Ksp=c(Fe3+)c3(OH-)=2.6W-39,此时溶液中c(Fe3+)=2.6W-9molL-1。
心=陀n2+)c2(OH-)=10-17,若Zn2+浓度为0.1molL-1,则c(OH-)=10-8-1+-6-1
molL1,c(H)=106molL1,pH=6。
3.镁被称为国防金属”,镁及其合金用途很广,目前世界上60%的镁从海水中提取。
从海水中提取镁的流程如下:
«带
tftttl揪
Mr
请根据上述流程图和镁及化合物的性质回答下列问题
(1)用贝壳煅烧生石灰的化学方程式为
(2)氢氧化镁溶于盐酸的离子方程式为
⑶简述由MgCl26H2O制无水MgCl2,加热时通HCI气体的主要原因是_。
⑷Mg(OH)2煅烧可得熔点很高的MgO,MgO的电子式为
⑸MgCI2和AICI3的熔点均较低,而MgO和Al2O3的熔点都很高。
为什么冶炼金属镁是电解MgCR,
而冶炼金属铝则电解AI203?
..12+
⑹某MgCl2溶液的浓度为O.OImolL「,在该溶液中滴加NaOH溶液至pH=10,此时溶液中的Mg是否沉淀完全?
(填是”或否”),此时c(Mg2+)=o[已知:
Mg(OH)2的心=1.8X0-11]
答案
(1)CaC03CaO+CO2f
(2)Mg(0H)2+2H+Mg2++2H2O
⑶抑制MgCI2水解
2+2-
(4)Mg]
⑸MgO和MgCI2均为离子化合物,熔融时均能电解制镁,但MgO熔点很高,电解时能耗高所以工业上是电解熔融MgCI2冶炼镁,而AICI3是共价化合物,液态时难导电,所以工业上是电解熔融Al2O3冶炼铝
(6)否1.8XO-3molL-1
解析
(1)贝壳的主要成分是CaCO3,煅烧CaCO3生成CaO和CO20
(2)氢氧化镁属于碱,与盐酸发生复分
解反应。
(3)在HCI气体氛围中,可以防止Mg2+水解。
(4)MgO是离子化合物,其电子式为Mg2+]2-。
⑸MgO和MgCI2均为离子化合物,熔融时均能电解制镁,但MgO熔点很高,电解时能耗高,所以工业上是电解熔融MgCI2冶炼镁,而AICI3是共价化合物,液态时难导电,所以工业上是电解熔融Al2O3冶炼铝。
⑹溶液中c(OH-)=
-1-4-12+
——molL=1.0X0molL•,此时的c(Mg)=;
molL-1=1.8X0-3molL-1>1.0X0-5molL-1,因此Mg2+没有完全沉淀。
4•三盐(3PbOPbSO4H2O)可用作聚氯乙烯的热稳定剂,200C以上开始失去结晶水,不溶于水及有机溶剂。
以200t铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如图所示。
已知:
PbSO4和PbCO3的溶解度和溶度积Ksp如下表。
化合物
PbSO4
PbCO3
溶解度/g
1.03XO-4
■7
1.81X07
Ksp
-8
1.82X0
1.46X0-13
(1)步骤①转化的目的是一,
滤液1中的溶质为Na2CO3和(填化学式)o
(2)步骤③酸溶时,为提高酸溶速率,可采取的措施是(任写一条)。
其
中铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2和NO的离子方程式为。
2+-5
⑶滤液2中可循环利用的溶质的化学式为。
若步骤④沉铅后的滤液中c(Pb)=1.82W
-1—-1
molL-,则此时c(S)=molL-。
(4)步骤⑦洗涤操作时,检验沉淀是否洗涤完全的方法是。
⑸步骤⑥合成三盐的化学方程式为,
若得到纯净干燥的三盐99.0t,假设铅泥中的铅元素有80%转化为三盐,则铅泥中铅元素的质量分数
为。
答案⑴将PbSO4转化为PbCO3,提高铅的利用率W2SO4
(2)适当升温(或适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径等其他合理答案)3Pb+8H++2N-
2+
3Pb+2NO1+4H2O
(3)HNO31.00>10-3
(4)取少量最后一次的洗涤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若不产生白色沉淀,则
表明已洗涤完全(或其他合理答案)
SOV
(5)4PbSO4+6NaOH3Na2SO4+3PbO・PbSO4H2O+2H2O51.75%
解析
(1)步骤①用纯碱溶液浸润铅泥,将PbSO4转化为PbCO3,提高铅的利用率,滤液1中的溶质为过量的Na2CO3和反应生成的Na2SO4。
(2)步骤③酸溶时,可以通过适当升温、适当增大硝酸浓度或减小沉
淀粒径来提高酸溶速率;铅与硝酸反应的离子方程式为3Pb+8H++2N-3Pb2++2NOMH2O0(3)
滤液2中可循环利用的溶质的化学式为HNO3;根据
Ksp(PbSO4)=1.82>=c(Pb)>(S),c(Pb)=1.82>molL-,则此时c(S)=1.00>0-molL-。
⑷
该沉淀吸附的离子是硫酸根离子,用盐酸酸化的氯化钡检验,其检验方法为取少量最后一次的洗涤过
合成三盐的化学方程式为
滤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若不产生白色沉淀,则表明已洗涤完全。
(5)步骤⑥
4PbSO4+6NaOH3Na2SO4+3PbO-PbSO4H2O+2H2O,若得到纯净
干燥的三盐99.0t,则含有的铅元素质量为m(Pb)=99.0t>一X100%=82.8t,则铅泥中铅元素的质量
分数为X100%=51.75%。
5•硼氢化钠(NaBH4)具有优良的还原性,在有机化学和无机化学领域有着广泛的应用。
利用硼精矿要成分为B2O3,含有少量AI2O3、SiO2、FeCb等)制取NaBH4的流程如图1:
MaOH丄
CiD
1
MgHi
1
除旌.協卜|襟柞Z
1
1
图1
已知:
偏硼酸钠(NaBO0易溶于水,不溶于醇,在碱性条件下稳定存在。
回答下列问题:
(1)写出加快硼精矿溶解速率的措施_
_(写一种)。
(2)操作1为,滤渣主要成分为。
⑶除硅、铝步骤加入CaO而不加入CaCb的原因有:
①能将硅、铝以沉淀除去每_。
(4)氢化镁(MgH2)中H元素的化合价为;MgH2与NaBO?
在一定条件下发生反应1,其化
学方程式为_。
⑸如图2在碱性条件下,在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢化钠,写出阴极室的电极反应
式。
(6)硼氢化钠是一种强还原剂,碱性条件可处理电镀废液中的硫酸铜制得纳米铜,从而变废为宝,写出该
反应的离子方程式:
。
答案⑴将硼精矿粉碎、搅拌、增大NaOH浓度、升温等(答1点即可)
⑵过滤Fe(OH)3
(3)提供碱性溶液抑制NaBO2水解
(4)-1价2MgH2+NaBO2^NaBH4+2MgO
(5)B-+6H2O+8e-B"+8OH"
2+---
(6)4Cu+B+8OH4Cu+B+6H2O
解析
(1)将硼精矿粉碎、搅拌、增大NaOH浓度、升温等都可以加快硼精矿溶解速率。
(2)根据以上分
析,操作1为过滤,滤渣主要成分为Fe(OH)3。
(3)已知NaBO?
易溶于水,在碱性条件下稳定存在,所以除硅、铝步骤加入CaO而不加入CaCl2的原因有:
①能将硅、铝以沉淀除去;②提供碱性溶液抑制NaBO2水解。
(4)根据化合价代数和为0,则氢化镁(MgH2)中H元素的化合价为-1价;MgH2与NaBO?
在一定条件下发生反应生成NaBH4和MgO,则化学方程式为2MgH2+NaBO2NaBH4+2MgO。
⑸在阴极
上电解NaBO?
也可制得硼氢化钠,则阴极室B-得电子发生还原反应生成B「,则电极反应式为
B-+6H2O+8e-B-+8OH-。
⑹硼氢化钠是一种强还原剂,碱性条件可处理电镀废液中的硫酸铜制
得纳米铜,则反应的离子方程式为4Cu2++B-+8OH-4Cu+B-+6出0。
6•下图是工业上以天然气、空气为原料合成氨的一种工艺流程:
(1)脱硫反应第一步是利用Fe(0H)3除去H2S,该反应的化学方程式是_。
(2)脱硫反应第二步是利用空气氧化回收硫,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为,下
列试剂中也适宜作此反应的氧化剂的是(填选项)。
A.Cl2B.H2O2
C.KMnO4D.O3
⑶流程中Fe(OH)3和K2CO3可循环利用,你认为流程中还可循环利用的物质有。
⑷合成氨反应的原料气中V(N2):
V(H2)=1:
3。
平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系如下图
所示:
餐廉物厦的忆的口分助
平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系
则A、B、C三点对应的化学平衡常数Ka、心、Kc的关系是(用>”<”或=
表示);A点H2的平衡转化率为。
答案
(1)3H2S+2Fe(OH)Fe2S3+6H2O
(2)3:
2BD
⑶N2和出
(4)Ka>Kb=Kc66.7%
解析⑴由流程可知,利用Fe(OH)3与H2S反应生成硫化铁和水从而除去H2S,反应的化学方程式为
3H2S+2Fe(OH)3—Fe2S3+6H2O°
(2)由流程得知利用空气中的氧气氧化硫化铁生成硫单质,氧气得4e-,
硫化铁失2X3e-,根据电子守恒,氧化剂与还原剂的物质的量之比为3:
2;氯气有毒,高锰酸钾会引入新
杂质,故选BD。
(3)因为合成氨是可逆反应,不能完全转化,因此N2和H2也需要循环利用。
(4)因为平衡常数只随温度变化,由图像变化趋势可知随温度升高,氨气含量减小,说明平衡逆向移动,所以温度越高平衡常数越小,又A、B、C三点温度为B=C>A,所以A、B、C三点对应的化学平衡常数KA心、
Kc的关系是Ka>Kb=Kc;V(N2):
V(H2)=1:
3,又A点氨气平衡含量为50%,所以设氮气转化的物质的量为xmol,则
N2+3H2—2NH3
开始/mol
1
3
0
转化/mol
x
3x
2x
平衡/mol
1-x
3-3x
2x
则X100%=50%,解得x=-,所以出的转化率=-X100%P6.7%。
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- 题型 工艺流程