化工流程与实验基础.docx

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1、化工流程与实验基础题组一化工流程与化学反应原理1 辉铜矿主要成分Cu2S，软锰矿主要成分MnO2，它们都含有少量SiO2、Fe2O3等杂质。工业上综合利用这两种矿物质制备硫酸锰和碱式碳酸铜的主要工艺流程如下：已知：MnO2能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫；Cu(NH3)4SO4常温稳定，在热水中会分解生成NH3；部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL1计算)：开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe31.13.2Mn28.39.8Cu24.46.4(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有_(任写一点)。(2)酸浸时，得到的浸出液中主要含有C

2、uSO4、MnSO4等。写出该反应的化学方程式_。(3)调节浸出液pH的范围为_，其目的是_。(4)本工艺中可循环使用的物质是_(写化学式)。(5)在该工艺的“加热驱氨”环节，若加热的温度过低或过高，都将造成的结果是_。(6)用标准BaCl2溶液测定样品中MnSO4H2O质量分数时，发现样品纯度大于100%(测定过程中产生的误差可忽略)，其可能原因是_(任写一种)。答案(1)粉碎矿石或适当升高温度或搅拌(其他合理答案也可)(2)Cu2S2MnO24H2SO4=2CuSO42MnSO4S4H2O(3)3.2pH4.4使Fe3转化为Fe(OH)3沉淀而除去(4)NH3(多写CO2也可)(5)碱式碳

3、酸铜产量减少(6)混有硫酸盐杂质或部分晶体失去结晶水2 (2013新课标全国卷，27)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6CxLixe=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_。(4)写出“沉钴”过程中发生

4、反应的化学方程式_。(5)充放电过程中，发生LiCoO2与Li1xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_。(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)。答案(1)3(2)2Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O、2H2O22H2OO2有氯气生成，污染较大(4)CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4H2OCO2(5)Li1xCoO2LixC6=LiCoO26C(6)Li从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中Al(O

5、H)3、CoCO3、Li2SO4解析(1)依据化合价代数和等于零可计算Co的化合价为3价。(2)由正极“碱浸”后的物质变化流程可知，滤液中获取Al(OH)3，滤渣再经一系列变化得Li2SO4、CoSO4，可推知正极“碱浸”时只有铝被NaOH溶解。(3)“碱浸”后所得滤渣LiCoO2中Co的化合价为3价，而“酸浸”后生成CoSO4中Co的化合价为2价，显然H2O2是还原剂，氧化产物只能是O2；又H2O2具有不稳定性，受热易分解，也属于氧化还原反应。(4)“沉钴”这一步，反应物为CoSO4、NH4HCO3，生成物中有CoCO3，必然产生大量H，而HCO与H又不能大量共存，继续反应产生CO2。此题容

6、易忽视HCO与H的继续反应，澄清了这些问题，再利用质量守恒定律，就能顺利写出化学方程式。(5)依据充电时正极的物质变化，可写出放电时的电极反应：Li1xCoO2xexLi=LiCoO2依据负极充电的电极反应，写出放电时电极反应：LixC6xe=6CxLi，以上两个电极反应相加，即得总方程式。(6)“放电处理”的一个重要目的是回收锂，Li要沉积在正极。解答这一问题的关键是Li怎样沉积在正极上。放电时，离子运动的方向是“正向正，负向负”。从流程的最终产物上很容易找到回收的金属化合物：Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。3 软锰矿的主要成分是二氧化锰，用软锰矿浆吸收工业废气中的二氧化硫，可以制

7、备高纯度的硫酸锰晶体，其流程如下所示：已知：浸出液中的金属阳离子主要是Mn2，还含有少量的Fe2、Al3等，且pH2。几种离子开始沉淀和完全沉淀时的pH如表所示：离子开始沉淀时的pH完全沉淀时的pHFe27.69.7Fe32.73.7Al33.84.7Mn28.39.8根据上述流程，回答下列问题：(1)写出二氧化锰与二氧化硫反应的化学方程式：_。(2)浸出液的pH9溶解)9加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr2O转化为CrO。滤液中阳离子主要有_；但溶液的pH不能超过8，其理由是_。(3)钠离子交换树脂的反应原理为MnnNaRMRnnNa，利用钠离子交换树脂除去的滤液中的金属阳离子是_。(4)写

8、出上述流程中用SO2作还原剂进行还原的化学方程式_。答案(1)2Cr33H2O2H2O=Cr2O8H(2)Na、Mg2、Ca2pH超过8会使部分Al(OH)3溶解生成AlO，最终影响Cr()的回收与再利用(3)Ca2、Mg2(4)3SO22Na2CrO412H2O=2CrOH(H2O)5SO4Na2SO42NaOH题组二化工生产与实验基本操作6 镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni(OH)2、碳粉和氧化铁等涂在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行回收研究，设计实验流程如下：已知：a.NiCl2易溶于水，Fe3不能氧化Ni2。b某温度下一些金

9、属氢氧化物的Ksp及开始沉淀和完全沉淀时的理论pH如表所示：M(OH)nKsppH开始沉淀沉淀完全Al(OH)31.910233.434.19Fe(OH)33.910282.532.94Ni(OH)21.610147.609.75回答下列问题：(1)根据表中数据判断步骤依次析出沉淀_和沉淀_(填化学式)，则pH1_pH2(填“”、“”或“NiC2O4H2ONiC2O42H2O，则步骤的化学方程式是_。步骤后，过滤沉淀所需的玻璃仪器有_。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：_。(3)中阳极反应产生的气体E为_，验证该气体的试剂为_。(4)试写出步骤的离子方程式：_。

10、答案(1)Fe(OH)3Al(OH)3C(2)NiCl2Na2C2O42H2O=NiC2O42H2O2NaCl漏斗、玻璃棒和烧杯玻璃棒划破滤纸、滤液超过滤纸边缘(3)Cl2湿润的淀粉KI试纸(4)2Ni(OH)22OHCl2=2Ni(OH)32Cl7 钼是一种过渡金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，这种元素可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性，还可增强其耐高温及耐腐蚀性能。下图是化工生产中制备金属钼的实验流程图：(1)钼酸铵溶液中阳离子的检验方法：_。(2)写出反应的化学方程式：_。(3)反应的尾气可以用NH3H2O溶液吸收用于合成肥料，写出反应的离子方程式_。(4)操作1中使用的主要玻璃

11、仪器有_。(5)某同学利用下面装置来制备氢气，利用氢气还原三氧化钼，根据要求回答问题。请设计一个实验方案验证H2的还原性并检验其氧化产物，其装置连接顺序是_。在烧瓶A中加入少量的硫酸铜目的是_。两次使用D装置，其中所盛的药品依次是_、_。答案(1)取少量钼酸铵溶液于试管中，加入NaOH溶液加热，在试管口放一张润湿的红色石蕊试纸，若试纸变蓝，则证明钼酸铵溶液中含有铵根离子(2)2MoS27O22MoO34SO2(3)2NH3H2OSO2=2NHSOH2O(4)烧杯、漏斗、玻璃棒(5)ACBDD加快化学反应速率无水硫酸铜碱石灰解析(1)考查NH的检验方法。(2)可使用奇数配偶法配平化学方程式。(4

12、)操作是过滤，注意是让填写玻璃仪器。(5)检验H2的氧化产物H2O，要用无水CuSO4，显然要用D装置，应特别注意排除A中水蒸气以及空气中的水蒸气对检验结果的干扰。形成铜、锌原电池加快化学反应速率。8 1乙氧基萘是一种无色液体，密度比水大，不溶于水，易溶于醇、醚，熔点5.5 ，沸点267.4 。1乙氧基萘常用作香料，也可作为合成其他香料的原料。实验室制备1乙氧基萘的过程如下：按要求回答下列问题：(1)将72 g 1萘酚溶于100 mL无水乙醇中，加入5 mL浓硫酸混合，将混合液置于如图所示的容器中加热使其充分反应。实验中使用过量乙醇的原因是_。(2)烧瓶上连接长直玻璃管的主要作用是_。(3)反

13、应结束，将烧瓶中的液体倒入冷水中，经处理得到有机层。为提纯产物有以下四步操作：蒸馏；水洗并分液；用10%的NaOH溶液碱洗并分液；用无水氯化钙干燥并过滤。正确的顺序是_(填字母代号)。(资料表明1萘酚呈酸性，能与NaOH溶液反应生成可溶性的)A B C(4)蒸馏时所用的玻璃仪器除了酒精灯、冷凝管、接收器、锥形瓶外还有_。(5)用金属钠可检验1乙氧基萘是否纯净，简述实验现象与结论：_。答案(1)提高1萘酚的转化率(2)冷凝回流，提高原料的利用率(3)A(4)温度计、蒸馏烧瓶(5)加入金属钠有气泡生成则产物不纯，无气泡生成则产物纯净解析(1)有机反应一般为可逆反应，加入过量乙醇使生成1乙氧基萘的平

14、衡向正反应方向移动，提高1萘酚的转化率。(3)用10%的NaOH溶液碱洗除去1萘酚和硫酸，水洗洗去NaOH及生成的可溶性盐，再用无水氯化钙吸水，最后1乙氧基萘中还溶解有乙醇，只能用蒸馏的方法获取纯净的1乙氧基萘。(4)蒸馏时要用蒸馏烧瓶，测馏分的温度必须用到温度计。(5)1乙氧基萘中可能含有的杂质是水、乙醇和1萘酚，都能与Na反应产生氢气，而1乙氧基萘没有羟基，不能与Na反应。9 铁及其化合物在日常生活中应用广泛。已知Fe(NO3)39H2O易溶于水，微溶于硝酸，主要用作催化剂和媒染剂。工业上用细铁屑与稀硝酸反应制备，主要流程如下：请回答下列问题：(1)Na2CO3溶液可以除油污，原因是(用离

15、子方程式表示)_。(2)耐酸反应器中可以观察到的现象是_；制备过程中需控制加入铁屑的量，当观察到_的现象时应停止加入铁屑。(3)制得的Fe(NO3)39H2O用20% HNO3洗涤，其原因是_。(4)若在实验中进行蒸发浓缩、降温结晶的操作，则所需的仪器有铁架台(带铁圈)(或三脚架)、酒精灯、蒸发皿、_。答案(1)COH2OHCOOH(2)铁屑溶解，溶液变为浅黄色，有无色气体产生，在液面上气体变为红棕色(后又变为无色)反应器中产生气泡的速率明显变慢(其他合理答案也可以)(3)洗去晶体表面附着的杂质且降低洗涤过程中晶体的损耗(4)玻璃棒、坩埚钳解析铁屑经Na2CO3溶液除去表面油污后进入耐酸反应器

16、中与HNO3反应生成Fe(NO3)3，经过滤、蒸发浓缩、降温结晶、吸滤、洗涤，得到Fe(NO3)39H2O晶体；由于Fe能与Fe3反应，所以要控制铁屑的量；由于晶体易溶于水而微溶于硝酸，所以不能用水洗涤而用硝酸洗涤。10乙酰苯胺为无色晶体，具有退热镇痛作用，实验室可用苯胺和冰醋酸制得，反应的化学方程式及装置图(部分装置省略)如下：制备原理：相关物质的物理常数：物质相对分子质量状态熔点沸点溶解度(g)水乙醇苯胺93无色液体61843.42(20 )任意比混溶冰醋酸60无色液体17118任意比混溶任意比混溶乙酰苯胺135白色片状固体1143040.56(20 ) 3.45(50 ) 5.20(10

17、0 )36.9(20 )制备方法：已知：苯胺易被氧化，加入少量锌可防止氧化；韦氏分馏柱作用与原理类似于冷凝管。请回答下列问题：(1)写出图中玻璃仪器a的名称：_。(2)步骤1中保持柱顶温度为105 ，则锥形瓶中收集到的馏分主要是_，选择此温度的主要理由是_。(3)步骤2中将反应液倒入水中的目的是_。(4)步骤3中洗涤剂最好选择_。A冷水 B热水C15%的乙醇溶液 DNaOH溶液(5)步骤4重结晶的过程：粗产品溶于沸水中配制成饱和溶液再加入少量蒸馏水加入活性炭脱色加热煮沸_冷却结晶抽滤洗涤干燥。下列装置在步骤4中肯定用不到的是_。(6)本实验中产品的产率为_。若制得的晶体颗粒较小，分析可能的原因

18、_。答案(1)圆底烧瓶(2)水温度过低不能将水蒸馏出来，降低了产率，温度过高冰醋酸也被蒸出，降低了原料的利用率(3)洗去未反应的乙酸和苯胺，同时降低乙酰苯胺的溶解度，促使其析出(4)A(5)趁热过滤(6)35.3%溶液温度过高，冷却结晶时速度过快，产物溶解度较小第十九题综合实验探究1 (2012山东理综，30)实验室采用MgCl2、AlCl3的混合溶液与过量氨水反应制备MgAl2O4，主要流程如下：(1)为使Mg2、Al3同时生成沉淀，应先向沉淀反应器中加入_(填“A”或“B”)，再滴加另一反应物。(2)如下图所示，过滤操作中的一处错误是_。(3)判断流程中沉淀是否洗净所用的试剂是_。高温焙烧

19、时，用于盛放固体的仪器名称是_。(4)无水AlCl3(183 升华)遇潮湿空气即产生大量白雾，实验室可用下列装置制备。装置B中盛放饱和NaCl溶液，该装置的主要作用是_。F中试剂的作用是_。用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用，所装填的试剂为_。答案(1)B(2)漏斗下端尖嘴未紧贴烧杯内壁(3)AgNO3溶液(或硝酸酸化的AgNO3溶液)坩埚(4)除去HCl吸收水蒸气(或防止水蒸汽进入E)碱石灰(或NaOH与CaO混合物)2 氯化铁是实验室中的重要试剂。某同学用m g含有铁锈(Fe2O3)的废铁屑来制取FeCl36H2O晶体，同时测定废铁屑中铁的质量分数。为此设计了如图装置(夹持装置略

20、，气密性已检验)：操作步骤如下：.打开弹簧夹K1，关闭弹簧夹K2，并打开活塞a，缓慢滴加盐酸。.当时，关闭弹簧夹K1，打开弹簧夹K2，当A中溶液完全进入烧杯后关闭活塞a。.将烧杯中溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到FeCl36H2O晶体。请回答：(1)A中发生的置换反应的化学方程式是_。(2)操作中“”的内容是_，烧杯中的现象是_，烧杯中相应的离子方程式和化学方程式是_、_。(3)操作不采用直接加热制FeCl36H2O晶体的原因是_。(用简要文字并结合离子方程式解释)。(4)测得B中所得的气体是V mL(标准状况下)，由此计算出该废铁屑中铁的质量分数是，该数值比实际数值偏低，若实验过程中操作无

21、误，偏低的原因是_。(5)为了准确测定铁的质量分数，另取m g废铁屑和某种常见的还原性气体在加热条件下充分反应到恒重，测得实验后剩余固体质量是w g。由此求出铁的准确质量分数是_(用含m和w的式子表示)。答案(1)Fe2HCl=FeCl2H2(2)A中固体完全消失浅绿色溶液逐渐变黄，有气泡产生2Fe2H2O22H=2Fe32H2O2H2O22H2OO2(3)Fe33H2OFe(OH)33H，加热会促进FeCl3水解，产生Fe(OH)3沉淀(4)Fe3和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少(5)100%或100%解析(1)装置A中发生的化学反应是铁与盐酸的反应和氧化铁与盐酸的反应

22、，其中前者为置换反应。(2)装置A中反应完全的现象是固体溶解；装置A中反应后的溶液溶质成分是FeCl2，与过氧化氢混合后，被氧化为黄色的FeCl3，同时在氯化铁的催化作用下过氧化氢分解产生氧气。(3)氯化铁在水溶液中水解，加热可促进其水解。(4)盐酸与氧化铁反应生成的Fe3会与Fe反应，这部分单质铁没有生成氢气，导致测得的结果偏低。(5)减少的质量为杂质Fe2O3中O的质量，故Fe2O3的物质的量为，即混合物中单质铁的质量为m160。3 某实验小组的同学在获得了如下资料的情况下，利用下面的装置来探究二氧化氮与碳酸氢钠溶液反应的产物及反应的机理。资料：亚硝酸是一种弱酸，酸性较碳酸酸性强。亚硝酸不

23、稳定，很易分解：3HNO2=HNO32NOH2O。实验步骤如下：检查装置气密性。在U形管中盛满蒸馏水，从b处通入二氧化氮气体，在U形管的B处得到无色气体，打开分液漏斗活塞，使少量气体进入分液漏斗，在分液漏斗中看到有红棕色气体。在U形管中盛满饱和碳酸氢钠溶液，从b处通入二氧化氮气体，在U形管的B处也得到无色气体，打开分液漏斗活塞，使少量气体进入分液漏斗，在分液漏斗中却看不到红棕色气体。将中B处无色气体通过导管b通入足量澄清石灰水中有白色沉淀生成。将U形管中盛满氢氧化钠溶液，从b处通入二氧化氮时在B处得不到任何气体。请回答下列各题：(1)检查装置气密性的方法为_。(2)在中B处得到的无色气体是_；

24、用两个化学方程式表示二氧化氮与水反应的化学反应机理：_。(3)在中B处得到的无色气体(单一纯净)是_；只得到该无色气体的原因是_。(4)取出中得到的溶液，加入足量稀盐酸，预测可观察到的现象_。(5)写出中发生的化学反应方程式_。答案(1)关闭分液漏斗的活塞，夹紧止水夹b，从长颈漏斗加水，长颈漏斗中有一段水柱不下降，证明气密性良好(2)NO2NO2H2O=HNO2HNO3、3HNO2=HNO32NOH2O(3)CO2NO2与水反应生成HNO2和HNO3，二者都比碳酸的酸性强，因而与NaHCO3反应生成CO2(4)产生无色气体，在空气中变为红棕色(5)2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O

25、解析解答该题的关键是能及时迁移应用资料卡中的信息，结合已掌握的氮及其化合物的性质，合理解释每步实验现象。带有长颈漏斗的装置检查气密性，一般都采用“液差法”，首先应注意密封一端。说明NO2与水反应生成NO，印证3NO2H2O=2HNO3NO的存在。，说明NO2与NaHCO3溶液反应，气体产物只有CO2，没有NO，从而否定NO2CO2的常规认识，再根据资料卡中的信息，预测可能是NO2与水反应生成HNO3和HNO2，生成的HNO2立即与NaHCO3反应生成了稳定的NaNO2，不能分解产生NO。更进一步验证了上述推测的正确性。4 氮及其化合物在生产、生活中有重要的作用。(1)NH3是制碱工业中不可缺少

26、的重要物质。继侯德榜“联合制碱法”后，上世纪50年代某些化工专家开始研究有机胺制碱法，其工艺流程如下：已知：NR3CO2NaClH2O=NaHCO3NR3HCl，NR3HCl=NR3HCl，且NR3HCl易溶于有机溶剂。操作名称为_；某实验小组同学查阅资料知，有机溶剂和有机胺的沸点差别较大，现欲将A中各成分进行分离，请写出除了导管、酒精灯、牛角管、锥形瓶外，该分离操作所需的玻璃仪器名称_；(2)N2在化工生产、农业、医疗、航天航空等领域用途广泛。现提供以下装置(连接仪器略去)：某化学兴趣小组甲同学欲用加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2，应该选择的发生装置是_，在添加药品、制取气体前必须进行的操作是_。在加热条件下，用NH3还原CuO可制得N2，同时获得铜粉，此反应的化学反应方程式是_。乙同学用此法制得干燥、纯净的N2，且需要的NH3以生石灰和浓氨水作原料。按气流从左到右的方式，整套装置的连接顺序是_(填写字母序号)；最后一个装置中试剂的作用是_。答案(1)分液蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管(或直形冷凝管)(2)A检查气密性3CuO2NH3N23Cu3H2ODEBC干燥N2并除去其中的NH3解析(1)操作是分离两种互不相溶的液体，显然是分液，分离两种互溶但沸点差别较大的液体使用蒸