化学工艺流程综合题教学提纲.pdf
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1、 化学工艺流程综合题 精品文档 收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 必考大题押题训练 33 化学工艺流程综合题 1硼镁泥是硼镁矿生产硼砂晶体(Na2B4O710H2O)时的废渣,其主要成分是 MgO,还含有 Na2B4O7、CaO、Fe2O3、FeO、MnO、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下:回答下列问题:(1)Na2B4O710H2O 中 B 的化合价为_。(2)Na2B4O7易溶于水,也较易发生水解:B4O277H2O4H3BO3(硼酸)2OH(硼酸在常温下溶解度较小)。写出加入硫酸时 Na2B4O
2、7发生反应的化学方程式:_。(3)滤渣 B 中含有不溶于稀盐酸但能溶于浓盐酸的黑色固体,写出生成黑色固体的离子方程式:_ _。(4)加入 MgO的目的是_。(5)已知 MgSO4、CaSO4的溶解度如下表:温度()溶解度(g)40 50 60 70 MgSO4 30.9 33.4 35.6 36.9 CaSO4 0.210 0.207 0.201 0.193“操作 A”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 A”步骤为_。(6)Na2B4O710H2O 失去全部结晶水后的硼砂与金属钠、氢气及石英砂一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂NaBH4
3、”(该过程 B 的化合价不变)。写出 NaBH4的电子式:_。“有效氢含量”可用来衡量含氢还原剂的还原能力,其定义是:每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克 H2的还原能力。NaBH4的有效氢含量为_(计算结果保留两位小数)。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精品文档 收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 式:_。解析:(1)Na2B4O710H2O 中,钠的化合价1 价,氧的化合价2 价,设 B 的化合价为 x 价,根据元素化合价代数和为 0 计算:2(1)4x(2)70,x3。(2)在Na2B4O7溶液中加入硫酸,会促进水解,反应生成硼酸,化学方程式
4、为 Na2B4O7H2SO45H2ONa2SO44H3BO3。(3)NaClO 溶液在加热条件下将溶液中的 Mn2氧化成MnO2,生成黑色固体的离子方程式为 ClOMn2H2O=MnO2Cl2H。(4)加入MgO 的目的是调节溶液的 pH 值,使 Fe3转化为氢氧化铁沉淀除去。(5)温度对 MgSO4、CaSO4的溶解度有影响,温度越高,CaSO4溶解度越小,故可以采用蒸发浓缩、趁热过滤的方法除去 CaSO4。(6)NaBH4属于离子化合物,电子式为。每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克 H2的还原能力,则 NaBH4变化为 H,电子转移 8e,电子转移和 H2变化为 H电子转移相同,设 Na
5、BH4的质量为 1 g,相当于 H2质量为 x,1 g37.8 gmol18x2 gmol12,解得 x0.21 g。在阴极上电解 NaBO2也可制得硼氢化钠,则阴极室 BO2得电子发生还原反应生成 BH4,则电极反应式为 BO26H2O8e=BH48OH。答案:(1)3(2)Na2B4O7H2SO45H2O=Na2SO44H3BO3(3)ClO Mn2H2O=MnO2Cl2H(4)调节溶液的 pH 值,使 Fe3转化为氢氧化铁沉淀除去(5)蒸发浓缩、趁热过滤(6)0.21 BO26H2O8e=BH48OH 2砷为第A 族元素,金属冶炼过程中产生的含砷有毒废弃物需处理与检测。.冶炼废水中砷元素
6、主要以亚砷酸(H3AsO3)的形式存在,可用化学沉降法处理酸性高浓度含砷废水,其工艺流程如下:精品文档 收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 已知:As2S3与过量的 S2存在以下反应:As2S3(s)3S2(aq)2AsS33(aq);亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐。(1)亚 砷 酸 中 砷 元 素 的 化 合 价 为 _;砷 酸 的 第 一 步 电 离 方 程 式 为_。(2)“一级沉砷”中 FeSO4的作用是_;“二级沉砷”中 H2O2与含砷物质反应的化学方程式为_。(3)沉淀 X为_(填化学式)。.冶炼废渣中的砷元素主要以 As2S3的形式存在,可用古氏试砷法半定量检测(As 的最低检
7、出限为 3.0106 g)。步骤 1:取 10 g 废渣样品,粉碎后与锌粉混合,加入 H2SO4共热,生成 AsH3气体。步骤 2:将 AsH3气体通入 AgNO3溶液中,生成银镜和 As2O3。步骤 3:取 1 g 废渣样品,重复上述实验,未见银镜生成。(4)AsH3的电子式为_。(5)步骤 2 的离子方程式为_。(6)固体废弃物的排放标准中,砷元素不得高于 4.0105gkg1,请通过计算说明该排放的废渣中砷元素的含量_(填“符合”或“不符合”)排放标准,原因是_。解析:(1)亚砷酸(H3AsO3)中,氧元素化合价为2 价,氢元素化合价为1 价,砷元素化合价设为 x,13x(2)30,x3
8、;第A 族非金属元素形成的最高价含氧酸中磷、砷形成的含氧酸都是弱酸,在水溶液中分步电离,第一步电离方程式为H3AsO4 HH2AsO4。(2)“一级沉砷”中 FeSO4的作用是除去过量的 S2,使 As2S33S22AsS23平衡逆向进行,提高沉砷效果;“二级沉砷”中 H2O2与含砷物质发生氧化还原反应,亚砷酸被氧化为砷酸,反应的化学方程式为 H3AsO3H2O2=H3AsO4H2O。(3)分析流程可知,加入 CaO 和水反应生成 Ca(OH)2,Ca(OH)2和砷酸反应生成Ca3(AsO4)2沉淀、和 Fe3反应生成 Fe(OH)3沉淀,Ca2结合 SO24形成 CaSO4沉淀,所以沉淀 X
9、 为 CaSO4。(4)AsH3和 NH3分子结构相同为共价化合物,砷原子和三个氢原子形成三个 AsH 键,电子式为。(5)将 AsH3气体通入 AgNO3溶液中,生成银镜和As2O3,结合电荷守恒、原子守恒配平离子方程式:12Ag2AsH33H2O=12AgAs2O312H。(6)As 的最低检出限为 3.010 6 g,取 1 g废渣样品,重复上述实验,未见银镜生成,取 10 g 废渣样品最后生成银镜和 As2O3。则 10 g 废渣含砷量最少为 3.010 6 g,含砷量为3.0106 g10 g1 000 gkg13.0104 gkg14.010一5 gkg1,不符合排放标准。精品文档
10、 收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 答案:(1)3 H3AsO4HH2AsO4(2)沉淀过量的 S2,使 As2O3(s)3S2(aq)2AsS23(aq)平衡左移,提高沉砷效果 H3AsO3H2O2=H3AsO4H2O(3)CaSO4(4)(5)12Ag2AsH33H2O=12AgAs2O312H(6)不符合 因为该废渣砷含量最少为(3.0106 g10 g)1 000 gkg13.0104 gkg1,大于排放标准 4.0105 gkg1 3稀土元素的物理性质和化学性质极为相似,常见化合价为3 价。在合金中加入适量稀土金属,能大大改善合金的性能,所以稀土元素又被称为冶金工业的维生素。其中
11、钇(Y)元素是激光和超导的重要材料。我国蕴藏着丰富的含钇矿石(Y2FeBe2Si2O10),工业上通过如下生产流程可获得氧化钇。已知:有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的 pH如下表:开始沉淀时的 pH 完全沉淀时的 pH Fe3 2.7 3.7 Y3 6.0 8.2 在元素周期表中,铍元素和铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置,化学性质相似。请回答下列问题:(1)写出钇矿石与氢氧化钠共熔时的化学方程式:_。(2)欲从 Na2SiO3和 Na2BeO2的混合溶液中制得 Be(OH)2沉淀。则 最好选用盐酸和_两种试剂,再通过必要的操作即可实现。(填字母)aNaOH 溶液 b氨水 cCO2 dH
12、NO3 写出 Na2BeO2与足量盐酸发生反应的离子方程式:_。精品文档 收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 (3)已 知 102.7 2103、103.7 2104,则 25 时,反 应 Fe33H2OFe(OH)33H的平衡常数 K_;如何检验 Fe3是否沉淀完全_ _(回答操作方法,不需设计所用仪器)。(4)写出生成草酸钇沉淀的化学方程式:_ _。若 H2C2O4和湿润的 KClO3混合加热到 60 可制得国际公认的高效含氯消毒剂ClO2,反应中氧化剂和氧化产物的物质的量之比为_;在热水中 ClO2会发生反应生成Cl2和HClO2,写出反应的化学方程式:_ _。解析:(1)根据流程图可
13、知钇矿石(Y2FeBe2Si2O10)与氢氧化钠共熔后水溶解以及过滤后的滤液和滤渣成分分别为 Na2SiO3、Na2BeO2、Y(OH)3、Fe2O3,则共熔时发生反应的化学方程式为 4Y2FeBe2Si2O1032NaOHO2=8Y(OH)32Fe2O38Na2SiO38Na2BeO24H2O。(2)欲从 Na2SiO3和 Na2BeO2的混合溶液中制得 Be(OH)2沉淀,则根据 Na2BeO2的性质和 NaAlO2类比推断:加过量的盐酸,Na2SiO3反应生成硅酸沉淀,Na2BeO2则反应生成氯化铍溶液,再加入过量氨水沉淀 Be2。Na2BeO2与足量盐酸发生反应生成氯化铍,其反应的离子
14、方程式为 BeO224H=Be22H2O。(3)当开始沉淀时为建立水解平衡,pH2.7,则 c(H)102.7 molL1,反应 Fe33H2OFe(OH)33H的平衡常数Kc3HcFe3102.731058104;取少量滤液,滴加几滴 KSCN 溶液,观察溶液是否变为红色,若观察不到红色,则说明 Fe3沉淀完全。(4)草酸与 Y(OH)3反应生成草酸钇沉淀的化学方程式为 2Y(OH)3(s)3H2C2O4(aq)=Y2(C2O4)3(s)6H2O(l)。H2C2O4和 KClO3混合加热到 60 可制得 ClO2,反应方程式为 H2C2O42KClO3=2ClO2CO2K2CO3H2O,其中
15、 KClO3是氧化剂,CO2和 K2CO3是氧化产物,则氧化剂和氧化产物的物质的量之比为 11;在热水中 ClO2会发生反应生成 Cl2和 HClO2,其反应的化学方程式为6ClO22H2O=Cl24HClO23O2。答案:(1)4Y2FeBe2Si2O1032NaOHO2=8Y(OH)32Fe2O38Na2SiO38Na2BeO24H2O(2)b BeO224H=Be22H2O(3)8104 取少量滤液,滴加几滴 KSCN 溶液,观察溶液是否变为红色,若观察不到红色,则说明 Fe3沉淀完全(说明:用 NaOH溶液鉴别不得分)(4)2Y(OH)3(s)3H2C2O4(aq)=Y2(C2O4)3
16、(s)6H2O(l)11 6ClO22H2O=Cl24HClO23O2 精品文档 收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 4硒(Se)和碲(Te)有许多优良性能,被广泛用于冶金、化工、医药卫生等领域。工业上以铜阳极泥(含有 Cu、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te 等)为原料制备硒和碲的一种生产工艺如下图所示:已知:“酸浸”过程中 TeO2与硫酸反应生成 TeOSO4。(1)焙烧时通入氧气使铜阳极泥沸腾,目的是_ _。(2)SeO2与 SO2的混合烟气可用水吸收制得单质 Se,该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为_。已知 25 时,亚硒酸(H2SeO3)的 Ka12.5103,Ka22.61
17、07,NaHSeO3溶 液 的pH_7(填“”“”或“”),理 由 是_ _。(3)“浸出液”的溶质成分除了 TeOSO4外,还有_,上述整个流程中可以循环使用的物质是_。(4)“还原”步骤中生成 Te 的化学方程式为 _;Te 也可以通过碱性环境下电解Na2TeO3溶液获得,其阴极的电极反应式为_。(5)粗硒中硒的含量可用如下方法测定:Se2H2SO4(浓)=2SO2SeO22H2O;SeO24KI4HNO3=Se2I24KNO32H2O;I22Na2S2O3=Na2S4O62NaI。通过用 Na2S2O3标准溶液滴定反应中生成的 I2来计算硒的含量。实验中准确称量0.120 0 g 粗硒样
18、品,滴定中消耗 0.200 0 molL1 Na2S2O3溶液 24.00 mL,则粗硒样品中硒的质量分数为_。解析:(1)阳极泥沸腾时与 O2接触面积加大,加快反应速率。(2)SeO2与 SO2的混合烟气可用水吸收制得单质 Se,反应的化学方程式为 SeO22SO22H2O=Se2H2SO4,氧化产物是 H2SO4、还原产物是 Se,氧化产物与还原产物的物质的量之比为 21;HSeO3的水解常数 KbKwKa11.010142.51034.01012,HSeO3的电离平衡常数为 2.6107,电离大于水解,所以 NaHSeO3溶液的 pH7。(3)根据元素守恒,“浸出液”的溶质成分除了TeO
19、SO4外,还有 CuSO4;整个流程中可以循环使用的物质是 H2SO4。(4)“还原”步骤中SO2与 TeOSO4反应生成 Te 的化学方程式为 2SO2TeOSO43H2O=Te3H2SO4;精品文档 收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 Na2TeO3生成 Te 发生还原反应,阴极TeO23得电子生成 Te,阴极反应式为TeO233H2O4e=Te6OH。(5)设 Se 的质量为 x,根据关系式:4Na2S2O3 2I2 SeO2 Se 4 mol 79 g 0.024 L0.200 0molL1 x x0.094 8 g 则粗硒样品中硒的质量分数为0.094 8 g0.120 0 g10
20、0%79%。答案:(1)增大氧气与铜阳极泥的接触面积,加快反应速率(2)21 HSeO3的水解常数 KbKwKa11.010142.51034.01012,由于 KbKa2,故NaHSeO3溶液的 pH7(3)CuSO4 H2SO4(4)2SO2TeOSO43H2O=Te3H2SO4 TeO233H2O4e=Te6OH(5)79%5CoCl26H2O 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,还含有少量 Fe2O3、Al2O3、MnO等制取 CoCl26H2O的工艺流程如下:已知:浸出液含有的阳离子主要有 H、Co2、Fe2、Mn2、Al3等;部分阳离子以氢氧
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