流程性推断最难题j.docx
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流程性推断最难题j
工业流程推断
1.上利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2等)为原料制备高档颜料铁红(Fe2O3),具体生产流程如下:
试回答下列问题:
(1)滤液X中含有的金属阳离子是______________(填离子符号)。
(2)步骤Ⅲ中可选用________调节溶液的pH(填字母)。
A.稀硫酸B.氨水C.氢氧化钠溶液D.高锰酸钾溶液
(3)步骤Ⅳ中,FeCO3沉淀完全后,溶液中含有少量Fe2+,检验Fe2+的方法是________________________________。
(4)步骤Ⅳ的反应温度一般需控制在35℃以下,其目的是_____________________________________________。
(5)在空气中煅烧FeCO3生成产品氧化铁的化学方程式为______________________________。
【答案】
(1)Fe2+、Fe3+
(2)B
(3)取少量溶液,加入硫氰化钾溶液,不显红色,然后滴加氯水,溶液变为红色
(4)防止NH4HCO3分解,减少Fe2+水解
(5)4FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2
2.铝是重要的金属材料,铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。
实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示;
请回答下列问题:
(1)固体a的化学式为,Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为。
(2)由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为,从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)、冷却结晶、过滤洗涤。
(3)以1000kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2(SO4)3,需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84g·cm-1L(保留一位小数)。
(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝,通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。
若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1,则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为。
【答案】
(1)SiO2 AlO2-+CO2+2H2O=HCO3-+Al(OH)3↓
(2)Al2O3+4H2SO4+2NH3=2NH4Al(SO4)2+3H2O 蒸发浓缩
(3)575.4
(4)3∶10
3.亚氯酸钠(NaClO2)主要用于棉纺、造纸业的漂白剂,也用于食品消毒、水处理等,亚氯酸钠受热易分解。
以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下:
(1)提高“反应l”反应速率的措施有______________(写出一条即可)。
(2)“反应2”的氧化剂是________,该反应的化学方程式为__________。
(3)采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”,原因是__________________。
(4)从“母液”中可回收的主要物质是__________________________。
(5)“冷却结晶”后经_____________(填操作名称)即可获得粗产品。
【答案】
(1)升高温度,增大吸收液浓度等。
(2)ClO2H2O2+2ClO2+2NaOH=2NaClO2+2H2O+O2
(3)常压蒸发温度过高,亚氯酸钠容易分解;
(4)Na2SO4
(5)过滤
4.随着能源问题的进一步突出,利用热化学循环制氢的研究受到许多发达国家的青睐。
最近的研究发现,复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)也可以用于热化学循环分解水制氢,MnFe2O4的制备流程如下:
(1)原料Fe(NO3)n中n=________,投入原料Fe(NO3)n和Mn(NO3)2的物质的量之比应为________。
(2)步骤二中“连续搅拌”的目的是__________________________________________
步骤三中洗涤干净的标准是________________________________________________
(3)利用MnFe2O4热化学循环制氢的反应可表示为:
MnFe2O4
MnFe2O4-x+O2↑;
MnFe2O4-x+xH2O
MnFe2O4+xH2↑
请认真分析上述两个反应并回答下列问题:
①若MnFe2O4-x中x=0.8,则MnFe2O4-x中Fe2+占全部铁元素的百分率为________。
②该热化学循环制氢法的优点有_____________________、________________________(答两点即可)。
该热化学循环法制氢尚有不足之处,进一步改进的研究方向是___________________________________________________________。
【答案】
(1)3 2∶1
(2)充分反应、沉淀完全 洗涤至洗涤液呈中性
(3)①80% ②具有过程简单、无污染、原料廉价并可循环使用及氧气和氢气在不同步骤生成,因此不存在高温气体的分离等优点。
③寻找合适的催化剂,使MnFe2O4分解温度降低或找分解温度更低的氧化物
5.工业上以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如下图所示。
钛铁矿的主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),其中一部分铁元素在风化过程中会转化为+3价。
已知:
TiOSO4遇水会水解。
(1)步骤②中,用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的离子方程式为_______________________
(2)步骤③中,实现混合物的分离是利用物质的________(填字母序号)。
a.熔、沸点差异 b.溶解性差异 c.氧化性、还原性差异
(3)步骤②、③、④中,均需要进行的操作是________(填操作名称)。
(4)请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中将TiO2+转化为H2TiO3的原理:
____________________________________________________________。
(5)利用生产过程中的废液与软锰矿(主要成分为MnO2)反应可生产硫酸锰(MnSO4,易溶于水),该反应的离子方程式为__________________________________
(6)研究发现,用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质,利用如图所示装置可获得金属钙,并可以钙为还原剂,还原二氧化钛制备金属钛。
写出阳极的电极反应式:
_________________________
在制备金属钛前后,CaO的总量不变,其原因是______________________________________(请结合化学用语解释)。
【答案】
(1)2Fe3++Fe===3Fe2+
(2)b (3)过滤
(4)溶液中存在平衡:
TiO2++2H2OH2TiO3+2H+,当加入热水稀释、升温后,平衡正向移动,生成H2TiO3 (5)MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O (6)①2O2--4e-=O2↑(或C+2O2--4e-=CO2↑) ②制备Ti时,发生反应:
2CaO
2Ca+O2↑,2Ca+TiO2
Ti+2CaO,由此可见,CaO的总量不变(或制备Ti时,阴极发生反应;2Ca2++4e-===2Ca,阳极发生反应:
2O2--4e-===O2↑,2Ca+TiO2
Ti+2CaO,由此可见,CaO的总量不变)
6.高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。
湿法、干法制备高铁酸盐的原理如下表所示。
(1)工业上用湿法制备高铁酸钾(K2FeO4)的流程如图所示:
①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是。
②反应II的离子方程式为。
③高铁酸钾在水中既能消毒杀菌,又能净水,是一种理想的水处理剂,它能消毒杀菌是因为它能净水的原因是。
④已知25℃时Fe(OH)3的Ksp=4.0×10-38,反应II后的溶液c(Fe3+)=4.0×10-5mol/L,则需要调整到时,开始生成Fe(OH)3(不考虑溶液体积的变化)。
(2)由流程图可见,湿法制备高铁酸钾时,需先制得高铁酸钠,然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液,即可析出高铁酸钾。
①加入饱和KOH溶液的目的是。
②由以上信息可知:
高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠(填“大”或“小”)。
湿法
强碱性介质中,Fe(NO3)3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液
干法
Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物
(3)干法制备K2FeO4的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为。
(4)高铁电池是正在研制中的可充电干电池,高铁电池具有工作电压稳定,放电时间长等优点,有人以高铁酸钾、二氧化硫和三氧化硫原料,以硫酸酸钾为电解质,用惰性电极设计成高温下使用的电池,写出该电池正极电极反应式。
【答案】
(1)①减少高铁酸钾的溶解损失
②3ClO-+10OH-+3Fe2+=2FeO42-+3Cl-+5H2O
③高铁酸钾(K2FeO4)有强氧化性;高铁酸钾的还原产物水解产生的Fe(OH)3胶体有吸附性,使水澄清起净水作用。
④3
(2)增大K+浓度,促进K2FeO4晶体析出;小
(3)3:
1
(4)2FeO42-+6e-+8SO3=2Fe2++8SO42-
7.四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。
由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下:
回答下列问题:
(1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色,此时溶液仍呈强酸性。
该过程中有如下反应发生:
2Fe3++Fe=3Fe2+
2TiO2+(无色)+Fe+4H+=2Ti3+(紫色)+Fe2++2H2O
Ti3+(紫色)+Fe3++H2O=TiO2+(无色)+Fe2++2H+
加入铁屑的作用是。
(2)在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO2·nH2O溶胶,该溶胶的分散质颗粒直径大小在范围。
(3)若把③中制得的固体TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3杂质,还可制得钛白粉。
已知25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.79×10-39,该温度下反应Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数K=。
(4)已知:
TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)ΔH=+140kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-221kJ·mol-1
写出④中TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4和CO气体的热化学方程式:
。
(5)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。
依据绿色化学理念,该工艺流程中存在的不足之处是(只要求写出一项)。
(6)依据下表信息,要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4,可采用方法。
TiCl4
SiCl4
熔点/℃
-25.0
-68.8
沸点/℃
136.4
57.6
【答案】
(1)使Fe3+还原为Fe2+;保护TiO2+不被Fe3+氧化
(2)10-9m~10-7m(或其他合理答案)
(3)2.79×103
(4)TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-81kJ·mol-1。
(5)产生三废(或其他合理答案)
(6)蒸馏(或分馏或精馏)
8.利用化石燃料开采、加工过程产生的H2S废气制取氢气,既价廉又环保。
(1)工业上可用组成为K2O·M2O3·2RO2·nH2O的无机材料纯化制取的氢气。
①已知元素M、R均位于元素周期表中第三周期,两种元素原子的质子数之和为27,则R的原子结构示意图为________。
②常温下,不能与M单质发生反应的是________(填序号)。
a.CuSO4溶液b.Fe2O3c.浓硫酸d.NaOH溶液e.Na2CO3固体
(2)利用H2S废气制取氢气的方法有多种。
①高温热分解法
已知:
H2S(g)
H2(g)+
S2(g)
在恒容密闭容器中,控制不同温度进行H2S分解实验。
以H2S起始浓度均为cmol·L-1测定H2S的转化率,结果见下图。
图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线,b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。
据图计算985℃时H2S按上述反应分解的平衡常数K=________;说明随温度的升高,曲线b向曲线a逼近的原因:
____________________________________。
②电化学法
该法制氢过程的示意图如下。
反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,其目的是______________________________;
反应池中发生反应的化学方程式为____________________。
反应后的溶液进入电解池,电解总反应的离子方程式为_______________。
【答案】
(1)①
②b、c
(2)①
温度升高,反应速率加快,达到平衡所需的时间缩短(或其他合理答案)
②增大反应物接触面积,使反应更充分 H2S+2FeCl3=2FeCl2+S↓+2HCl 2Fe2++2H+
2Fe3++H2↑
点拨:
知识:
元素推断、元素化合物性质、平衡常数、电解时离子方程式的书写。
能力:
读图能力、计算能力、分析问题并解决问题能力、知识的灵活运用能力。
试题难度:
中等。
9.(12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Cr2O3、Fe2O3、Al2O3、SiO2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Al(OH)3和Fe(OH)3。
已知25℃时,Al(OH)3的Ksp=1.3×10—33,则该温度下反应Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+的平衡常数为。
(3)写出加入30%H2O2过程中发生的离子反应方程式:
。
(4)加入Pb(NO3)2沉淀CrO42—时,检验沉淀是否完全的方法是。
(5)在废液中加入10%明矾溶液发生反应的化学方程式为。
【答案】
(1)增大接触面积,提高浸取率;过滤。
(2)7.7×10—10
(3)2CrO2—+3H2O2+2OH—==2CrO42—+4H2O
(4)取上层清夜,继续滴加Pb(NO3)2溶液,无沉淀生成,说明沉淀完全。
(5)2Pb(NO3)2+KAl(SO4)2=2PbSO4↓+KNO3+Al(NO3)3
10.(共12分) 工业上以锂辉石(Li2O·Al2O3·4SiO2,含少量Ca、Mg元素)为原料生产碳酸锂。
其部分工艺流程如下:
已知:
①Li2O·Al2O3·4SiO2
H2SO4(浓)
Li2SO4
Al2O3·4SiO2·H2O↓
②某些物质的溶解度(S)如下表所示:
T/℃
20
40
60
80
(Li2CO3)/g
1.33
1.17
1.01
0.85
(Li2SO4)/g
34.2
32.8
31.9
30.7
③从滤渣1中分离出Al2O3的部分流程如下图所示:
(1)、请依次写出在括号内加入试剂的化学式 、 。
(2)、请依次写出方框中所得到物质的化学式 、 。
(3)、步骤Ⅰ中反应的离子方程式是 。
(4)、已知滤渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3。
向滤液1中加入石灰乳的作用是(运用化学平衡原理简述) 。
(5)、向滤液2中加入饱和Na2CO3溶液,过滤后,用“热水洗涤”的原因是
。
(6)、氧化铝在工业上用作高温耐火材料,制耐火砖、坩埚、瓷器、人造宝石等,同时氧化铝也是炼铝的原料。
写出用氧化铝炼铝的化学方程式:
。
【答案】
(1).HCl(其它合理答案也给分)(1分)NH3·H2O(1分)
(2).AlCl3(其它合理答案也给分)(1分)Al(OH)3(1分)
(3).Al2O3+6H+→Al3++3H2O(2分)
(4).增加Ca2+、OH-的浓度,有利于Mg(OH)2、CaCO3的析出(其它合理答案也给分)(2分)
(5).Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的损失(2分)
(6).2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑(2分)
11.(本题共12分)
硼镁泥是一种工业废料,主要成份是MgO(占40%),还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质,以此为原料制取的硫酸镁,可用于印染、造纸、医药等工业。
从硼镁泥中提取MgSO4·7H2O的流程如下:
根据题意回答:
1.实验中需用0.8mol/L的硫酸800mL,若用98%的浓硫酸(ρ=1.84g/mL)来配制,量取浓硫酸时,需使用的量筒的规格为
A.10mLB.20mLC.50mLD.100mL
2.加入的NaClO可与Mn2+反应:
Mn2++ClO-+H2O→MnO2↓+2H+
+Cl-,还有一种离子也会被NaClO氧化,该反应的离子方程式为。
3.滤渣的主要成份除含有Fe(OH)3、Al(OH)3外,还有。
4.在“除钙”前,需检验滤液中Fe3+是否被除尽,简述检验方法。
5.已知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表:
温度(℃)
40
50
60
70
MgSO4
30.9
33.4
35.6
36.9
CaSO4
0.210
0.207
0.201
0.193
“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去,根据上表数据,简要说明操作步骤。
“操作I”是将滤液继续蒸发浓缩,冷却结晶,,便得到了MgSO4·7H2O。
6.实验中提供的硼镁泥共100g,得到的MgSO4·7H2O为172.2g,则MgSO4·7H2O的产率为。
【答案】(共12分)
1.C(2分)
2.2Fe2++ClO-+2H+→2Fe3++Cl-+H2O(2分)
3.MnO2,SiO2(2分,答出一个给1分,多答或答错不给分)
4.取少量滤液,向其中加入硫氰化钾溶液,如果溶液不变红色,说明滤液中不含Fe3+;如果溶液变红色,说明滤液中含Fe3+。
(2分)
5.蒸发浓缩,趁热过滤(1分)过滤(或过滤洗涤)(1分)
6.70%(2分)
12.(12分)CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。
一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下:
已知:
①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等;
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Al(OH)3
Mn(OH)2
开始沉淀
2.7
7.6
7.6
4.0
7.7
完全沉淀
3.7
9.6
9.2
5.2
9.8
(1)写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式。
(2)NaClO3的作用是。
(3)加Na2CO3调pH至5.2所得沉淀为。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。
萃取剂的作用是;其使用的适宜pH范围是。
A.2.0~2.5B.3.0~3.5C.4.0~4.5
(5)为测定粗产品中CoCl2·6H2O含量,称取一定质量的粗产品溶于水,加入足量AgNO3溶液,过滤、洗涤,将沉淀烘干后称其质量。
通过计算发现粗产品中CoCl2·6H2O的质量分数大于100%,其原因可能是。
(答一条即可)
【答案】(12分)
(1)Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O(2分)
(2)将Fe2+氧化成Fe3+(2分)
(3)Fe(OH)3Al(OH)3(2分)
(4)除去溶液中的Mn2+B(每空2分)
(5)粗产品含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水(2分)
13.(7分)二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料.工业上以软锰矿为原料,利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下:
某软锰矿的主要成分为MnO2,还含Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物.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,回答下列问题:
沉淀物
pH
Al(OH)3
5.2
Fe(OH)3
3.2
Fe(OH)2
9.7
Mn(OH)2
10.4
Cu(OH)2
6.7
Zn(OH)2
8.0
CuS
≥-0.42
ZnS
≥2.5
MnS
≥7
FeS
≥7
(1)硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4,酸浸时发生的主要反应的化学方程式为______________________________.
(2)滤渣A的主要成分为________.
(3)加入MnS的目的是除去________杂质.
(4)碱性锌锰干电池中,MnO2参与的电极反应方程式为__________________________.
(5)从废旧碱性锌锰干电池中可以回收利用的物质有________(写出两种).
【答案】
(1)MnO2+2FeSO4+2H2SO4===MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O
(2)Fe(OH)3、Al(OH)3(3)Cu2+、Zn2+
(4)MnO2+H2O+e-===MnOOH+OH-(5)Zn、MnO2
14.(9分)高铁酸钠(Na2FeO4)具有很强的氧化性,是一种新型的绿色净水消毒剂。
工业上可以通过NaClO氧化法制备Na2FeO4,生产过程如下:
回答下列问题:
(1)经过步骤①后,加入NaOH固体的原因是_________________________________
(2)步骤②反应的离子方程式是__________
(3)从溶液Ⅰ中分离出Na2FeO4后,还有副产品Na2SO4、NaCl,则步骤③中反应的离子方程式为___
(4)将一定量的Na2FeO4投入到pH不同的污水中(污水中其余成分均相同),溶液中Na2FeO4浓度变化如图曲线Ⅰ、Ⅱ所示,试推测曲线I比曲线II对应的污水pH____(填“高”或“低”)。
(5)通过计算得知Na2FeO4的消毒效率(以单位质量得到的电子数表示)比Cl2的_____(“高”或“低”),用Na2FeO4代替Cl2作净水消毒剂的优点是____(答出两点即可)
【答案】(9分)
(1)Na2FeO4只在碱性环境中稳定存在
(2)2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O(3)2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O
(4)高(5)低既能杀菌消毒又能净水(或无毒或方便保存等)
15.(15分)氯化亚铜(CuCl)是有机合成工业中应用较广泛的催化剂,它是白色粉末,微溶于水,不溶于乙醇,在空气中会被迅速氧化。
从酸性电镀废液(
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