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文档简介
1、 化学流程图专题分析【例1】重铬酸钠(Na2Cr2O7·2H2O)俗称红矾钠,在工业方面有广泛用途。我国目前主要是以铬铁矿(主要成份为FeO·Cr2O3,还含有Al2O3、MgO、SiO2等杂质)为主要原料进行生产,其主要工艺流程如下:中涉及的主要反应有:主反应:4FeO·Cr2O38Na2CO37O2 8Na2CrO42Fe2O38CO2副反应:SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2、Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH:沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Mg(OH)2Cr(OH)3完全沉淀时溶液pH
2、4。73。711。25。6试回答下列问题: “”中反应是在回转窑中进行,反应时需不断搅拌,其作用是 。两个副反应均为吸热反应,但在高温下均能自发进行,其原因是 。 “”中调节pH至4.7,目的是 。 “”中加硫酸酸化的目的是使CrO42转化为Cr2O72,请写出该平衡转化的离子方程式: 。 “”中采用冷却结晶的方法析出红矾钠,依据是 。【解析】以红矾钠的工业制备为背景考察化学原理部分的知识,过程中考察了条件的控制、化学反应方向的判断、溶度积常数的表达式和控制pH的应用。搅拌的目的是增大反应物的接触机会,从而加快反应速率。由于这两个副反应是在高温下才自发进行,所以必然是一个S>0的反应。溶
3、液中存在的主要阴离子有CrO42、AlO2、SiO32,pH调至4.7,是为了除去其中的AlO2、SiO32。硫酸钠的溶解度随温度的升高,先增大后减小,这一点较特殊,设问较困难。若给出其溶解度曲线,则可以帮助理解最后两步工艺。【答 案】 使反应物接触更充分,加快反应速率 S0 除去溶液中的AlO2、SiO32 2CrO422H+ Cr2O72H2O 红矾钠的溶解度随温度的降低而减小【例2】明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料,明矾石的组成和明矾相似,此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。具体实验步骤如下图所示:根据上述图示,完成下列填空: (1)明矾石焙烧后用稀氨水浸出。配制500mL稀氨水(每升
4、含有39。20g氨)需要取浓氨水(每升含有251.28g氨)_mL,用规格为_mL量筒量取。(2)氨水浸出后得到固体混合体系,过滤,滤液中除K、SO42外,还有大量的NH4。检验NH4的方法是_。(3)写出沉淀物中所有物质的化学式_。(4)滤液I的成分是水和_。(5)为测定混合肥料K2SO4、(NH4)2SO4中钾的含量,请完善下列步骤:称取钾氮肥试样并溶于水,加入足量_溶液,产生白色沉淀。_、_、_(依次填写实验操作名称)。冷却、称重。(6)若试样为mg,沉淀的物质的量为n mol,则试样中K2SO4的物质的量为:_mol(用含有m、n的代数式表示)。【解析】(1)根据稀释前后溶质质量不变得
5、:0.5L×39.2g/Lv×251.28g/L,v0.078L78mL。为了减少误差,最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。(2)NH4的检验方法是先将NH4中加入强碱,使之转化为NH3,然后检验NH3:用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口,试纸变蓝色,说明有氨气放出,原物质中含有铵根离子。(3)Al33NH3·H2O=Al(OH)33NH4,根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3,所以沉淀物为Al(OH)3、Al2O3和Fe2O3。(4)由于明矾石的组成与明矾相似,所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成的(NH4)2SO4以及水。(5)混合肥料中
6、含有K2SO4和(NH4)2SO4,要产生白色沉淀,加入的溶液为BaCl2或Ba(NO3)2溶液,以后的操作为:先将混合液过滤,然后洗涤,最后干燥,冷却后称量。(6)根据题意有:174n(K2SO4)132n(NH4)2SO4=mg,再由SO守恒得:n(K2SO4)n(NH4)2SO4=nmol ,n (K2SO4) mol。【答案】(1)78;100。(2)取滤液少许,加入NaOH,加热,生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。(3)Al(OH)3;Al2O3;Fe2O3。(4)K2SO4;(NH4)2SO4。(5)BaCl2;过滤;洗涤;干燥。(6)mol。【例3】二氧化锰是制造锌锰干电池的
7、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,还含有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Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Cu(OH)2Zn(OH)2CuSZnSMnSFeSpH5.23.29.710.46.78.。00.422.577(1)FeSO4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
8、; 。(2)滤渣A的主要成分是 。(3)加入MnS的目的是除去
9、 杂质。(4)碱性锌锰电池中,MnO2参与的电极反应方程式为 。(5)从废旧碱性锌锰电池中可以回收利用的物质有
10、; (写两种)。【解析】考查学生对元素化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程形式的能力以及学生能够从试题提供的新信息中,准确地提取实质内容,并与已有知识模块整合,重组为新知识模块的能力。由反应流程可知:在酸性条件下二氧化锰将Fe2+氧化为Fe3+,将Cu氧化成Cu2+,此外溶液中的还有Zn2+和Al3+,当调pH至5。4时,只有Al(OH)3 和Fe(OH)3会完全沉淀,故滤渣A的主要成分是Fe(OH)
11、3和Al(OH)3。加入MnS后因为酸性条件下CuS 、ZnS更难溶所以会转化为CuS 、ZnS沉淀而除去Cu2 Zn2。【答案】(1)MnO22FeSO42H2SO4MnSO4Fe2(SO4)32H2O (2)Fe(OH)3 Al(OH)3(3)Cu2 Zn2(4)MnO2H2OeMnOOHOH(或2MnO2H2O2eMn2O32OH)(5)锌、二氧化锰【例4】将磷肥生产中形成的副产物石膏(CaSO4·2H2O)转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料,无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意
12、图。(1)本工艺中所用的原料除CaSO4·2H2O、KCl外,还需要 等原料(2)写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式: (3)过滤操作所得固体中,除CaCO3外还含有 (填化学式)等物质,该固体可用作生产水泥的原料。(4)过滤操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有CO32的方法是: 。(5)已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表:温度()02060K2SO4溶解的量(g)7。411。118。260时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0,可析出K2SO4晶体 g(6)氯化钙结晶水合物(CaCl2·6H2O)是目前常用的无
13、机储热材料,选择的依据是 a 熔点较低(29熔化) b 能导电 c 能制冷 d 无毒(7)上述工艺流程中体现绿色化学理念的是: 。【解析】此题是一道以工业生产为背景的实验题,考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。从生产流程图可以看出,所需原料除CaSO4·2H2O、KCl外,还需要氨气、石灰石和水。硫酸钙是微溶的,碳酸钙是难溶的,因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵,生成的碳酸钙中混有石膏。碳酸根的检验可用酸化的方法,若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不变,查表可知不同温度下的溶解度,先求出591饱和液中含有的水是500g,在0可
14、溶解硫酸钾37g,所以析出晶体54g。作为储热材料,要求能在室温左右的温度下工作,且对人体无害,故选ad;绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物,原子利用率高,因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。【答案】(1)CaCO3 NH3 H2O (2)CaSO4CO32CaCO3SO42(3)CaSO4(4)滤液中滴加盐酸产生气泡 (5)54g (6)a d(7)碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等(原子利用率高,没有有害物质排放到环境中)【例5】以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜(CuS
15、O4·5H2O)。制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。 回答下列问题: (1)配平在滤液()中发生反应化学主程式: _NOx+_H2O+_O2_HNO3。 (2)写出制取硫酸铜的总反应方程式_。 (3)在上述生产过程中,被循环使用的物质是_。 (4)请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。将它们的编号填入方框。【解析】(1)NOx中N的化合价为2x,反应前后N化合价变化为5-2x,O2中O化合价变化为4,初步配平为4NOx+H2O+(5-2x)O2HNO3,再配平其他物质的化学计量数得:4NOx+2H2O+(5-2x)O24HNO3;(2)发生的有关的化学方程式为:(5-2x)Cu+(
16、12-4x)HNO3(5-2x)Cu(NO3)2+2NOx +(6-2x)H2O、 4NOx+2H2O+(5-2x)O24HNO3、Cu(NO3)2+H2SO4CuSO4+2HNO3,+÷2+×(5-2x),得:(5-2x)Cu+ O2+(5-2x)H2SO4(5-2x)CuSO4+(5-2x)H2O,化简得2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O;(3)要提供O2,可用排空气法,即用A装置通过从分液漏斗中加水排出空气;消除氮的氧化物用B装置,一个导气管通氮的氧化物,一个导气管通空气,另一个导气管导出多余的空气。由实验室用浓硫酸和金属铜制硫酸铜,拓展到用稀硫酸、金属
17、铜、通入氧气制硫酸铜, 延伸到化工生产硫酸铜,再回归到实验室模拟化工生产过程。Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2+ 2H2O Cu + 4HNO3(浓)= Cu(NO3)2 + 2NO2+ 2H2OSO2 + 2HNO3(浓)= H2SO4 + 2NO2 Cu(NO3)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2HNO3 (应用侯氏制碱法的生产原理)4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 把方程式进行加合,可得总反应方程式:2Cu + O2 + 2H2SO42CuSO4 + 2H2O在模拟化工生产过程时,又把通入空气和水回归为制取氧气通入水中。答案:(1)2Cu +
18、O2 + 2H2SO4 2CuSO4 + 2H2O (2)HNO3 (3)B、A。【例6】工业制备高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。粉碎MnO2熔融KMnO4K2CO3MnO2KOHH2OK2MnO4CO2操作KMnO4K2CO3操作母液KMnO4粗晶体干燥KMnO4晶体石灰苛化KOH空气KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是_(填代号)。a. 84消毒液(NaClO溶液) b. 双氧水 c. 苯酚 d. 75%酒精高锰酸钾保存在棕色试剂瓶,下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_(填代号)。a. 浓硝酸 b. 硝酸银
19、c. 氯水 d. 烧碱上述流程中可以循环使用的物质有 、 (写化学式)。若不考虑物质循环与制备过程中的损失,则1 mol MnO2可制得 mol KMnO4。该生产中需要纯净的CO2气体。若实验室要制备纯净的CO2,所需试剂最好选择(选填代号) 。a. 石灰石 b. 稀HCl c. 稀H2SO4 d. 纯碱所需气体发生装置是_(选填代号)。操作的名称是 ;操作根据KMnO4和K2CO3两物质在 (填性质)上的差异,采用 (填操作步骤)、趁热过滤得到KMnO4粗晶体。【解析】高锰酸钾又名灰锰氧,是+7价锰最重要的化合物, 也是最重要和最常用的氧化剂之一。本题以液相氧化法制备高锰酸钾为背景, 着重
20、考察了基本化学实验知识, 本题可很好地巩固试剂保存、分离提纯操作、有关气体制取实验原理和装置知识等。 (1)高锰酸钾的消毒机理主要是靠其氧化性氧化微生物而杀灭微生物, 它通过氧化细菌体内的活性基团而发挥作用,类似84消毒液(NaClO溶液)、双氧水, 而苯酚、 酒精消毒机理主要是使蛋白质75%凝固。 (2)试剂保存方法源于试剂的性质, 见光易分解的物质通常保存在棕色试剂瓶中。浓硝酸、硝酸银、氯水等试剂都是中学阶段常用试剂, 都保存在棕色试剂瓶中。 (3从流程图中不难发现,由于K2MnO4在酸性条件下易歧化为MnO2和KMnO4, 所以MnO2可以部分循环;母液成分主要是K2CO3,通过加入石灰
21、,产生KOH也可以循环利用。 (4)本小题考察学生对制备原理的理解。一种方法是写出各步反应, 通过物质的量的关系得出;另外,从流程中也可看出,元素损失发生在KMnO4歧化这一步,通过电子得失守恒,1molKMnO4可制得1/3molMnO2和2/3molKMnO4. (5) 本题主要考察有关气体制取实验原理和装置, 气体发生装置取决于气体制备原理。题目中关键词 “纯净”, 所以要选用纯碱和稀硫酸, 发生装置就只能相应选择。 (6)主要考察制备过程中分离提纯的基本操作。操作是分离不溶物MnO2, 所以是过滤; 操作从两物质性质上分析, 都可溶, 故是利用两者溶解度的不同而采用结晶方法分离, 但考
22、虑到KMnO4易受热分解, 要得到KMnO4粗晶体,只能蒸发浓缩结晶。【答案】(1)ab (2)d (3)MnO2;KOH (4)2/3 (5)cd ;A;(6)过滤;溶解度;浓缩结晶练习1减少SO2的排放、回收利用SO2成为世界性的研究课题。我国研究人员研制的利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收废渣高温焙烧产生的SO2,制备硫酸锰的生产流程如下:滤渣阳离子吸附剂MnSO4·H2O滤渣石灰浆MnO2粉浸出液软锰矿浆SO2 废渣高温焙烧浸出氧化调节pH静 置过滤操作a干燥吸附静置、过滤浸出液的pH2,其中的金属离子主要是Mn2,还含
23、有少量的Fe2、Al3、Ca2、Pb2等其他金属离子。有关金属离子的半径以及形成氢氧化物沉淀时的pH见下表,阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图。 离子离子半径(pm)开始沉淀时的pH完全沉淀时的pHFe2747.69.7Fe3642.73.7Al3503.84.7Mn2808.39.8Pb21218.08.8Ca299Pb2Ca2Fe2Al3 Mn2、Fe3吸附率1.000.750.500.250 2 4 6 8 吸附时间/h已知PbO2的氧化性大于MnO2。请回答下列问题: 写出浸出过程中主要反应的化学方程式 ,氧化过程中主要反应的离子方程式 。 在氧化后的液体中加入石灰浆,用于
24、调节pH,pH应调节至 。 阳离子吸附剂用于除去杂质金属离子。决定阳离子吸附剂吸附效果的因素是 (填写序号)。a溶液的pH b金属离子的电荷 c金属离子的半径 d吸附时间 操作a包括 等过程。2重铬酸钾(K2Cr2O7)是工业生产和实验室的重要氧化剂。实验室模拟工业生产重铬酸钾时用铬铁矿(主要成份为FeO·Cr2O3)、纯碱、烧碱、氯酸钾等为原料先制得铬酸钠(Na2CrO4),涉及的主要反应是6FeO·Cr2O3 + 24NaOH +7KClO3 12Na2CrO4 + 3Fe2O3 +7KCl + 12H2O,然后将铬酸钠转化为K2Cr2O7。其主要工艺如下:(1)在反应
25、器中,有Na2CrO4生成,同时Fe2O3转变为NaFeO2,杂质SiO2、Al2O3与纯碱反应转变为可溶性盐,写出氧化铝与碳酸钠反应的化学方程式: 。(2)NaFeO2能强烈水解,在操作生成沉淀而除去,写出该反应的化学方程式: 。(3)操作的目的是什么,用简要的文字和化学方程式说明: 。(4)操作中,酸化时,CrO42转化为Cr2O72,写出平衡转化的离子方程式: 。(5)称取重铬酸钾试样2.5000g配成250mL溶液,取出25.00mL于碘量瓶中,加入10mL 2mol/LH2SO4溶液和足量碘化钾(铬的还原产物为Cr3+),放于暗处5min,然后加入100mL水,加入3mL淀粉指示剂,
26、用0.1200mol/LNa2S2O3标准溶液滴定(I2+2S2O32=2I+S4O62)。判断达到滴定终点的依据是: ;若实验中共用去Na2S2O3标准溶液40.00mL,则所得产品中的重铬酸钾的纯度为 (设K2Cr2O7的摩尔质量为294g·mol -1,整个过程中其它杂质不参与反应)。3、工业上用铝土矿(含氧化铝、氧化铁)制取铝的过程如下:请回答下列问题:(1)沉淀C的化学式为_,该物质除了用于金属冶炼以外,还可用作_。(2)电解熔融的氧化铝时,加入冰晶石的作用是_。(3)操作I、操作II、操作III都是_(填操作名称),实验室要洗涤Al(OH)3沉淀应该在_装置中进行。(4)
27、生产过程中,除NaOH、H2O可以循环使用外,还可以循环使用的物质有_(填化学式)。用此法制取铝的副产品是_(填化学式)。(5)写出Na2CO3溶液与CaO反应离子方程式:_。(6)若铝土矿中还含有二氧化硅,此生产过程中得到的氧化铝将混有杂质:_(填化学式)。4现有含FeCl2杂质的氯化铜晶体(CuCl2·2H2O),为制取纯净的CuCl2·2H2O,首先将其制成水溶液,然后按下图所示步骤进行提纯:含杂质的水溶液溶液溶液沉淀纯CuCl2·2H2O加入氧化剂X加入物质Y一定条件已知H2O2、KMnO4、NaClO、K2Cr2O7均具有强氧化性,要将溶液中的Cu2、F
28、e2、Fe3沉淀为氢氧化物,需溶液的pH分别为6.4、6.4、3.7。请回答下列问题:(1)本实验最适合的氧化剂X是_AK2Cr2O7 BNaClO CH2O2 DKMnO4(2)物质Y不可以是_ACuO BCuCl2 CCu(OH)2 DCuCO3(3)除去Fe3的有关离子方程式是(物质Y在(2)中选择合适的选项): _(4)加入氧化剂的目的是_。(5)最后能不能直接蒸发结晶得到CuCl2·2H2O?_(填“能”或“不能”)。如不能,应如何操作?(如能,此空不填)_。5碘酸钾是一种白色结晶粉末,无臭无味,酸性条件下碘酸钾是一种较强的氧化剂,与氢碘酸、二氧化硫等还原性物质作用,被还原
29、为单质碘,在碱性介质中,碘酸钾能被氯气、次氯酸盐等氧化为高碘酸钾。碘酸钾在常温下稳定,加热至560开始分解。工业生产碘酸钾的流程如下,在反应器中发生反应的化学方程式为:I2+KClO3+H2O-KH(IO3)2+KCl+Cl2 (未配平)(1)已知步骤反应器发生的反应中,两种还原产物所得电子数相同,请配平该反应的化学方程式:_;(2)步骤中,用稀酸酸化的作用是_;在稀硝酸和稀盐酸中不能选用的酸是:_,其原因是_;(3)步骤要保持溶液微沸1小时以完全排出氯气,排出氯气的原因为 _ _;(4)参照下表碘酸钾的溶解度,步骤11得到碘酸钾晶体,你建议的方法是_ 。温度/01020406080KIO3g
30、/100g水4.606.278.0812.618.324.86(10分)工业碳酸钠(纯度约为98)中含有Ca2、Mg2、Fe3、Cl和SO42等杂质,提纯工艺线路如下: 、碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如下图所示: Na2CO3·10H2O Na2CO3·7H2O Na2CO3·H2O 32 36 t()、有关物质的溶度积如下:物质CaCO3MgCO3Ca(OH)2Mg(OH)2Fe(OH)3Ksp4.96×1096.82×1064.68×1065.61×10122.64×1039回答下列问题:(1)加入NaOH溶液时,首先生成的沉淀是 (填化学式);生成氢氧化镁沉淀的离子方程式为 。(2)“趁热过滤”时的温度应控制在 。(3)有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿流程中虚线所示进行循环使用。请你分析实际工业生产中是否可行 ,并说明理由 。(4)已知:Na2CO3·10 H2O(s)Na2CO3(s)10 H2O(l) H= + 92.
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