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10工业流程制备题
10、工业流程题
1.[2014·浙江卷]
木糖醇(C5H12O5)可用作甜味剂、营养剂,在化工、食品、医药等工业中有广泛应用。
利用玉米芯中的多糖可以生产木糖醇,其工艺流程如下:
1—浸泡罐;2、3—反应罐;4—板式过滤机;5、10—浓缩罐;
6—脱色柱;12—离心机(固液分离装置)
已知:
木糖与木糖醇的转化关系如下:
请回答下列问题:
(1)装置2中硫酸的主要作用是________。
(2)装置3中加入碳酸钙的目的是________________________________________________________。
(3)为除去木糖浆中的杂质离子,7、8装置中的填充物依次是__________________________________________。
(4)装置9的作用是________。
A.冷却木糖浆
B.水解木糖
C.氧化木糖
D.还原木糖
(5)装置11的作用是________。
2.[2014·山东卷32]工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)给晶后的母液(含少量杂质Fe3+生产重铬酸钾(K2Cr2O7)。
工艺流程及相关物质溶解度曲线如图所示:
(1)由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为____________________________________________。
通过冷却结晶析出大量K2Cr2O2的原因是__________________________________________________________。
(2)向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是________________________________________。
(3)固体A主要为________(填化学式)。
固体B主要为________(填化学式)。
(4)用热水洗涤固体A,回收的洗涤液转移到母液______(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)中,既能提高产率又可使能耗最低。
3.[2014·新课标全国卷Ⅰ36](15分)
磷矿石主要以磷酸钙[Ca3(PO4)2·H2O]和磷灰石[Ca5F(PO4)3、Ca5(OH)(PO4)3]等形式存在。
图(a)为目前国际上磷矿石利用的大致情况,其中湿法磷酸是指磷矿石用过量硫酸分解制备磷酸。
图(b)是热法磷酸生产过程中由磷灰石制单质磷的流程。
(a)
(b)
部分物质的相关性质如下:
熔点/℃
沸点/℃
备注
白磷
44
280.5
PH3
-133.8
-87.8
难溶于水,有还原性
SiF4
-90
-86
易水解
回答下列问题:
(1)世界上磷矿石最主要的用途是生产含磷肥料,约占磷矿石使用量的________%。
(2)以磷灰石为原料,湿法磷酸过程中Ca5F(PO4)3反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
现有1t折合含有P2O5约30%的磷灰石,最多可制得85%的商品磷酸________t。
(3)如图(b)所示,热法磷酸生产过程的第一步是将SiO2、过量焦炭与磷灰石混合,高温反应生成白磷。
炉渣的主要成分是________(填化学式),冷凝塔1的主要沉积物是________,冷凝塔2的主要沉积物是________。
(4)尾气中主要含有____________________,还含有少量的PH3、H2S和HF等。
将尾气先通入纯碱溶液,可除去____________;再通入次氯酸钠溶液,可除去________。
(均填化学式)
(5)相比于湿法磷酸,热法磷酸工艺复杂,能耗高,但优点是________________________________________________________________________。
4.[2014·江苏卷16](12分)烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。
实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6-2x]溶液,并用于烟气脱硫研究。
(1)酸浸时反应的化学方程式为____________________;滤渣Ⅰ的主要成分为________(填化学式)。
(2)加CaCO3调节溶液的pH至3.6,其目的是中和溶液中的酸,并使Al2(SO4)3转化为Al2(SO4)x(OH)6-2x。
滤渣Ⅱ的主要成分为________(填化学式);若溶液的pH偏高,将会导致溶液中铝元素的含量降低,其原因是__________________________(用离子方程式表示)。
(3)上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量,其主要原因是________________________;与吸收SO2前的溶液相比,热分解后循环利用的溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
5.[2014·山东卷32]工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)给晶后的母液(含少量杂质Fe3+生产重铬酸钾(K2Cr2O7)。
工艺流程及相关物质溶解度曲线如图所示:
(1)由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为____________________________________________。
通过冷却结晶析出大量K2Cr2O2的原因是__________________________________________________________。
(2)向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是________________________________________。
(3)固体A主要为________(填化学式)。
固体B主要为________(填化学式)。
(4)用热水洗涤固体A,回收的洗涤液转移到母液______(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)中,既能提高产率又可使能耗最低。
6.[2014·新课标全国卷Ⅱ36](15分)
将海水淡化与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一。
一般是先将海水淡化获得淡水,再从剩余的浓海水中通过一系列工艺流程提取其他产品。
回答下列问题:
(1)下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法可行的是________(填序号)。
①用混凝法获取淡水
②提高部分产品的质量
③优化提取产品的品种
④改进钾、溴、镁等的提取工艺
(2)采用“空气吹出法”从浓海水吹出Br2,并用纯碱吸收。
碱吸收溴的主要反应是Br2+Na2CO3+H2O→NaBr+NaBrO3+NaHCO3,吸收1molBr2时,转移的电子数为________mol。
(3)海水提镁的一段工艺流程如下图:
浓海水的主要成分如下:
离子
Na+
Mg2+
Cl-
SO
浓度/(g·L-1)
63.7
28.8
144.6
46.4
该工艺过程中,脱硫阶段主要反应的离子方程式为______________________________,产品2的化学式为__________,1L浓海水最多可得到产品2的质量为________g。
(4)采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁,发生反应的化学方程式为________________________;电解时,若有少量水存在会造成产品镁的消耗,写出有关反应的化学方程式:
____________________________________________________。
7.(2013新课标)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:
⑴LiCoO2中,Co元素的化合价为___________。
⑵写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式_________________________________。
⑶“酸浸”一般在80℃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_________。
⑷写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_____________。
⑸充放电过程中发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式___________________。
⑹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,可回收的金属化合物有_________________(填化学式)
8.(2013上海)溴化钙可用作阻燃剂、制冷剂,具有易溶于水,易吸潮等性质。
实验室用工业大理石(含有少量Al3+、Fe3+等杂质)制备溴化钙的主要流程如下:
完成下列填空:
35.上述使用的氢溴酸的质量分数为26%,若用47%的氢溴酸配置26%的氢溴酸的氢溴酸500ml,所需的玻璃仪器有玻璃棒、。
36.已知步骤Ⅲ的滤液中不含NH4+。
步骤Ⅱ加入的试剂a是,控制溶液的pH约为8.0的目的是、。
37.试剂b是,步骤Ⅳ的目的是。
38.步骤Ⅴ所含的操作依次是、。
39.制得的溴化钙可以通过如下步骤测定其纯度:
①称取4.00g无水溴化钙样品;②溶解;③滴入足量Na2CO3溶液,充分反应后过滤;④;⑤称量。
若得到1.88g碳酸钙,则溴化钙的质量分数为(保留两位小数)。
若实验操作规范而测定结果偏低,其原因是。
9.(2013安徽)二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物。
平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含
以及其他少量可溶于稀酸的物质)。
某课题组以此粉末为原料回收铈,设计实验流程如下:
(1)洗涤滤渣A的目的是为了去除(填离子符号),检验该离子是否洗净的方法是。
(2)第②步反应的离子方程式是,滤渣B的主要成分是。
(3)萃取是分离稀土元素的常用方法,已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来,TBP(填“能”或“不能”)与水互溶。
实验室进行萃取操作要用到的主要玻璃仪器有、烧杯、玻璃棒、量筒等。
(4)取上述流程中得到的
产品0.5360g,加硫酸溶解后,用0.1000mol•
标准溶液滴定终点是(铈被还原为
),消耗25.00mL标准溶液,该产品中
的质量分数为。
10.(2013北京)27.(12分)用含有A1203、SiO2和少量FeO·xFe2O3的铝灰制备A12(SO4)3·18H2O。
,工艺流程如下(部分操作和条件略):
Ⅰ。
向铝灰中加入过量稀H2SO4,过滤:
Ⅱ。
向滤液中加入过量KMnO4溶液,调节溶液的pH约为3;
Ⅲ。
加热,产生大量棕色沉淀,静置,上层溶液呈紫红色:
Ⅳ。
加入MnSO4至紫红色消失,过滤;Ⅴ。
浓缩、结晶、分离,得到产品。
(1)H2S04溶解A1203的离子方程式是
(2)KMnO4-氧化Fe2+的离子方程式补充完整:
(3)已知:
生成氢氧化物沉淀的pH
Al(OH)3
Fe(OH)2
Fe(OH)3
开始沉淀时
3.4
6.3
1.5
完全沉淀时
4.7
8.3
2.8
注:
金属离子的起始浓度为0.1mol·L-1
根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的:
(4)己知:
一定条件下,MnO4-可与Mn2+反应生成MnO2,
①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCI并加热,能说明沉淀中存在MnO2的现象是.
②Ⅳ中加入MnS04的目的是
11.(2013江苏)16.(12分)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。
硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。
以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下:
(1)MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为。
(2)加入H2O2氧化时,发生反应的化学方程式为。
(3)滤渣2的成分是(填化学式)。
(4)煅烧过程存在以下反应:
2MgSO4+C======2MgO+2SO2↑+CO2↑
MgSO4+C======MgO+SO2↑+CO↑
MgSO4+3C======MgO+S↑+3CO↑
利用右图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。
①D中收集的气体可以是(填化学式)。
②B中盛放的溶液可以是(填字母)。
a.NaOH溶液b.Na2CO3溶液c.稀硝酸d.KMnO4溶液
③A中得到的淡黄色固体与热的NaOH溶液反应,产物中元素最高价态为+4,写出该反应的离子方程式:
。
12.(2013海南)20-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.(2013浙江)28.利用废旧镀锌铁皮可制备磁性Fe3O4胶体粒子及副产物ZnO。
制备流程图如下:
已知:
Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似。
请回答下列问题:
(1)用NaOH溶液处理废旧镀锌铁皮的作用有。
A.去除油污B.溶解镀锌层C.去除铁锈D.钝化
(2)调节溶液A的pH可产生Zn(OH)2沉淀,为制得ZnO,后续操作步骤是。
(3)由溶液B制得Fe3O4胶体粒子的过程中,须持续通N2,其原因是。
(4)Fe3O4胶体粒子能否用减压过滤法实现固液分离?
(填“能”或“不能”),理由是。
(5)用重铬酸钾法(一种氧化还原滴定法)可测得产物Fe3O4中二价铁含量。
若需配制浓度为0.01000mol/L的K2Cr2O7的标准溶液250mL,应准确称取gK2Cr2O7(保留4位有效数字,已知M
=294.0g/mol)。
配制该标准溶液时,下列仪器不必要用到的有(用编号表示)。
①电子天平②烧杯③量筒④玻璃棒⑤容量瓶⑥胶头滴管⑦移液管
(6)滴定操作中,如果滴定前装有K2Cr2O7标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡,而滴定结束后气泡消失,则测定结果将(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
14.(2013福建)24.(14分)二氧化氯(ClO2)是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。
(1)氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO2方法。
①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质。
其次除杂操作时,往粗盐水中先加入过量的________(填化学式),至沉淀不再产生后,再加入过量的Na2CO3和NaOH,充分反应后将沉淀一并滤去。
经检测发现滤液中仍含有一定量的SO42-,其原因是___________【已知:
Ksp(BaSO4)=1.1×10-10Ksp(BaCO3)=5.1×10-9】
②该法工艺原理如右。
其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠(NaClO3)与盐酸反应生成ClO2。
工艺中可以利用的单质有____________(填化学式),发生器中生成ClO2的化学方程式为___________。
(2)纤维素还原法制ClO2是一种新方法,其原理是:
纤维素水解得到的最终产物D与NaClO3反应生成ClO2。
完成反应的化学方程式:
□(D)+24NaClO3+12H2SO4=□ClO2↑+□CO2↑+18H2O+□_________
(3)ClO2和Cl2均能将电镀废水中的CN-氧化为无毒的物质,自身被还原为Cl-。
处理含CN-相同量得电镀废水,所需Cl2的物质的量是ClO2的_______倍
15.(2013四川)11.(15分)
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。
16.(2012广东)32.(17分)难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”,在水中存在如下平衡
为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾,工艺流程如下:
(1)滤渣主要成分有和以及未溶杂卤石。
(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因:
。
(3)“除杂”环节中,先加入溶液,经搅拌等操作后,过滤,再加入溶液调滤液PH至中性。
(4)不同温度下,K+的浸出浓度与溶浸时间的关系是图14,由图可得,随着温度升高,
①②
(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂,则溶浸过程中会发生:
已知298K时,Ksp(CaCO3)=2.80×10-9,Ksp(CaSO4)=4.90×10-5,求此温度下该反应的平衡常数K(计算结果保留三位有效数字)。
17、(2012山东)(12分)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:
(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的吸收。
a.浓H2SO4b.浓HNO3c.NaOH溶液d.氨水
(2)用稀H2SO4浸泡熔渣B,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在
(填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是(注明试剂、现象)。
(3)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为。
(4)CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是
a.电能全部转化为化学能b.粗铜接电源正极,发生氧化反应
c.溶液中Cu2+向阳极移动d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(5)利用反应2Cu+O2+2H2SO4≒2CuSO4+2H2O可以制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极电极反应式为。
18.(2012江苏)16.(12分)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(NO3)2,其部分工艺流程如下:
(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(尾气从吸收塔底部进入,石灰乳从吸收塔顶部喷淋),其目的是;滤渣可循环利用,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(NO)>1:
1,则会导致;若n(NO):
n(NO)<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(NO3)2会发生分解,产物之一是NO,其反应的离子方程式。
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