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O5化学与技术综合
O5化学与技术综合
20.[选修2——化学与技术](20分)
Ⅰ.[2013·海南卷](6分)下列叙述正确的是( )
A.合成氨的“造气”阶段会产生废气
B.电镀的酸性废液用碱中和后就可以排放
C.电解制铝的过程中,作为阳极材料的无烟煤不会消耗
D.使用煤炭转化的管道煤气比直接燃煤可减少环境污染
Ⅱ.[2013·海南卷](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:
发生的主要反应
电弧炉
SiO2+2C
Si+2CO↑
流化床反应器
Si+3HCl
SiHCl3+H2
还原炉
SiHCl3+H2
Si+3HCl
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________。
18.Ⅰ.AD
Ⅱ.
(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)
(2)石英砂、纯碱和石灰石
(3)①SiO2+3C
SiC+2CO↑ 金刚砂(金刚石或单晶硅) ②精馏(或蒸馏) ③H4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl (4)H2、HCl
[解析]Ⅰ.A中氨的造气用天然气或煤,必产生二氧化碳,正确;B中电镀液含重金属离子,应处理后排放,错误;C中,铝的生产中阳极会产生二氧化碳,煤有消耗,错误;D中煤在气化后作了脱硫处理,污染减少,正确。
Ⅱ.
(1)加热石英砂、木炭和铁时,得到的金属是硅、碳的铁合金(或硅铁)。
(2)生产普通玻璃的主要原料是石英砂、纯碱和石灰石。
(3)①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热生成碳化硅和CO,碳化硅和金刚石结构相似;②比较SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2,SiH3Cl的沸点,可得常温下,SiHCl3、SiCl4为液体,SiH2Cl2、SiH3Cl为气体,沉降除去产物中的固体后,冷凝得到SiHCl3、SiCl4的混合液体,用蒸馏可分离二者。
③SiHCl3发生水解反应:
SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+3HCl+H2↑。
(4)由上述工艺流程图可知需要原料H2、HCl等,可由氯碱工业提供。
20.[2014·海南卷][选修2——化学与技术]Ⅰ.下列有关叙述正确的是( )
A.碱性锌锰电池中,MnO2是催化剂
B.银锌纽扣电池工作时,Ag2O被还原为Ag
C.放电时,铅酸蓄电池中硫酸浓度不断增大
D.电镀时,待镀的金属制品表面发生还原反应
Ⅱ.锌是一种应用广泛的金属,目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。
某含锌矿的主要成分为ZnS(还含少量FeS等其他成分),以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行,所产生焙砂的主要成分的化学式为____________________。
(2)焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸,该酸可用于后续的________操作。
(3)浸出液“净化”过程中加入的主要物质为________,其作用是________。
(4)电解沉积过程中的阴极采用铝板,阳极采用Pb-Ag合金惰性电极,阳极逸出的气体是________。
(5)改进的锌冶炼工艺,采用了“氧压酸浸”的全湿法流程,既省略了易导致空气污染的焙烧过程,又可获得一种有工业价值的非金属单质。
“氧压酸浸”中发生主要反应的离子方程式为__________________________________。
(6)我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。
明代宋应星著的《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载:
“炉甘石十斤,装载入一泥罐内,……,然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红,……,冷淀,毁罐取出,……,即倭铅也。
”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为________。
(注:
炉甘石的主要成分为碳酸锌,倭铅是指金属锌)
20.Ⅰ.BD
Ⅱ.
(1)ZnO
(2)浸出
(3)锌粉 置换出Fe等
(4)O2
(5)2ZnS+4H++O2===2Zn2++2S↓+2H2O
(6)ZnCO3+2C
Zn+3CO↑
3.[2014·武汉八校联考]氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,是一种白色粉末;微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸;在空气中迅速被氧化成绿色;见光则分解,变成褐色。
工业上用制作印刷电路的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)生产CuCl的流程如图K313所示:
图K313
根据以上信息回答下列问题:
(1)该生产过程还可以与氯碱工业、硫酸工业的生产相结合,工业生产硫酸的方法是________,氯碱工业的装置是____________________。
(2)写出生产过程中X________;Y________(填化学式)。
(3)写出生成CuCl的化学方程式:
__________________________________。
(4)生产中为了提高CuCl产品的质量,采用__________法快速过滤,析出的CuCl晶体不用水而用无水乙醇洗涤的目的是__________________________;生产过程中调节溶液的pH不能过大的原因是________________________。
(5)在CuCl的生成过程中理论上不需要补充SO2气体,其理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)在CuCl的生成过程中除环境问题、安全问题外,你认为还应该注意的关键问题是____________________________________。
(7)氯化亚铜的定量分析
①称取样品0.25g(准确称至0.0002g)置于预先放入玻璃珠50粒和10mL过量的FeCl3溶液的250mL锥形瓶中,不断摇动。
玻璃珠的作用是________________________________________________________________________。
②待样品溶解后,加水50mL,邻菲罗啉指示剂2滴。
③立即用0.10mol·L-1硫酸铈标准溶液滴定至绿色出现为终点,同时做空白实验一次。
已知:
CuCl+FeCl3===CuCl2+FeCl2;
Fe2++Ce4+===Fe3++Ce3+。
如此再重复2次测得:
1
2
3
空白实验消耗硫酸铈
标准溶液的体积/mL
0.75
0.50
0.80
0.25g样品消耗硫酸铈
标准溶液的体积/mL
24.65
24.75
24.70
④数据处理:
计算得CuCl的纯度为______________(平行实验结果相差不能超过0.3%)。
3.
(1)接触法 离子交换膜电解槽
(2)Fe 稀盐酸
(3)CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O===2CuCl↓+2H2SO4
(4)抽滤或者减压过滤 减少产品CuCl的损失 防止CuCl水解
(5)Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O反应中生成的CuSO4和SO2的物质的量比为1∶1,CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O===2CuCl↓+2H2SO4反应中消耗CuSO4和SO2的物质的量比也为1∶1,所以理论上不需要补充SO2气体。
(6)生产中应防止CuCl的氧化和见光分解
(7)加速样品的溶解 0.95或者95%
[解析]
(1)工业上生产硫酸是以SO2和O2在催化剂的表面进行的,命名为接触法制硫酸。
氯碱工业的电解槽中用离子交换膜隔离阴、阳极产物,装置名称为离子交换膜电解槽。
(2)废液中加入Fe可以与Fe3+、Cu2+发生反应Fe+2Fe3+===3Fe2+、Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
向滤渣中加入稀盐酸溶解过量的Fe,发生的反应为Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,然后合并两次滤液。
FeCl2溶液中加入过量的Cl2(Z),发生的反应为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,重新产生FeCl3腐蚀液。
(3)根据图示可知CuCl2→CuCl发生还原反应,SO2→H2SO4发生氧化反应。
根据氧化还原反应的配平原则可配平反应方程式:
CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O===2CuCl↓+2H2SO4。
(4)抽滤或减压过滤是快速过滤的方法。
根据题给信息看,CuCl微溶于水,而不溶于乙醇,故用无水乙醇可以降低洗涤过程中CuCl的损失。
溶液的pH过高时,会促进微溶的CuCl水解,使产品不纯和产率降低。
(6)根据“在空气中迅速被氧化成绿色;见光则分解,变成褐色”,可知在生产过程中应避免CuCl处于上述环境中。
(7)①玻璃珠在摇动过程中能够使固体与水接触更充分,起到加速溶解的作用。
④计算消耗硫酸铈溶液的体积时,每次的消耗量应先去掉空白实验的消耗量,然后再求平均值,得消到耗硫酸铈溶液的平均体积为24.02mL。
根据反应可知,有如下关系式:
CuCl~Fe2+~Ce4+
99g 1mol
m(CuCl) 0.10mol·L-1×0.02402mL
m(CuCl)=0.237798g
w=
×100%=95%。
5.[2014·湖北八市联考]Ⅰ.目前,我国采用“接触法”制硫酸,设备如图K315所示:
图K315
(1)图中设备A的名称是________,该设备中主要反应的化学方程式为____________________________。
(2)下列有关接触法制硫酸的说法中,不正确的是________________________________________________________________________
(填字母序号)。
A.二氧化硫的接触氧化在接触室中发生
B.吸收塔中用浓度为98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫
C.煅烧含硫48%的黄铁矿时,若FeS2损失了2%,则S损失2%
D.B装置中反应的条件之一为较高温度,是为了提高SO2的转化率
E.硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量
Ⅱ.纯碱是一种重要的化工原料。
制碱工业主要有“氨碱法”(索尔维法)和“联合制碱法”(侯氏制碱法)两种工艺。
请按要求回答问题:
(3)CO2是制碱工业的重要原料,“联合制碱法”中的CO2来源于________,“氨碱法”中的CO2来源于__________。
(4)氨碱法的原子利用率(原子利用率=期望产物的总质量与生成物的总质量之比)为________。
(5)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
5.Ⅰ.沸腾炉 4FeS2+11O2
2Fe2O3+8SO2
(2)DE
Ⅱ.(3)合成氨厂 煅烧石灰石
(4)49%
(5)NH3+H2O+CO2+NaCl(饱和)===NaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O
[解析]Ⅰ.
(1)在沸腾炉中进行黄铁矿的煅烧,发生的反应为4FeS2+11O2
2Fe2O3+8SO2。
(2)在接触室中发生的是二氧化硫的催化氧化,A项正确;在吸收塔中进行三氧化硫的吸收,用98%的浓硫酸吸收SO3,以免形成酸雾,并提高SO3的吸收率,B项正确;根据元素守恒,C项正确;二氧化硫的催化氧化是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,不利于提高二氧化硫的转化率,采用较高温度的原因是加快化学反应速率,D项错误;接触室内安装热交换器是为了利用SO2转化为SO3时放出的热量,E项错误。
Ⅱ.(3)“联合制碱法”与“氨碱法”中的CO2分别来自合成氨厂、煅烧石灰石。
(4)氨碱法的原子利用率=
=
=
×100%=
×100%=49%。
(5)“联合制碱法”主要利用的是碳酸氢钠的溶解度较小的原理。
3.[2014·西安一联]海水是宝贵的自然资源。
利用海水可以得到一系列产品,也可以进行废气处理。
(1)利用氯碱工业产品来处理含SO2的烟气的流程如图K323所示:
图K323
①“吸收装置”中发生反应的离子方程式是____________________。
②上述流程中循环利用的物质是________。
(2)利用海水脱硫可以有效地解决煤燃烧过程中排放的SO2造成的一系列环境问题。
其工艺流程如图K324所示:
图K324
天然海水吸收含硫的烟气后,需要用氧气进行氧化处理,其反应的化学方程式是________________________________________________________________________;
氧化后的海水需要加入氢氧化钠,与之混合后才能排放。
该操作的主要目的是________________________________________________________________________。
(3)从海水中提纯粗盐后的母液中含有K+、Na+和Mg2+等阳离子。
对母液进行一系列的加工可制得金属镁。
①从离子反应的角度思考,在母液中加入石灰乳所起的作用是__________________________________。
②要利用MgCl2·6H2O制得无水氯化镁,应采取的措施是______________________________。
③电解熔融的无水氯化镁所得的镁蒸气在特定的环境中冷却后即为固体镁。
下列物质中可以用作镁蒸气的冷却剂的是________(填字母)。
A.ArB.CO2
C.空气D.O2
E.水蒸气
3.
(1)①SO2+OH-===HSO
②NaCl
(2)2H2SO3+O2===2H2SO4 使氢氧化钠与硫酸发生中和反应
(3)①沉淀Mg2+[或制取Mg(OH)2] ②在HCl气流中脱水,抑制MgCl2的水解 ③A
[解析]
(1)①氯碱工业中发生反应的化学方程式为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
溶液的主要成分是NaOH。
将含SO2的烟气通入该溶液时发生反应SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O;SO2过量时发生反应SO2+NaOH===NaHSO3。
相应的离子方程式为SO2+2OH-===SO
+H2O;SO2+OH-===HSO
。
②由流程图可以看出,在上述流程中循环利用的物质是NaCl。
(2)天然海水吸收含硫的烟气后再用氧气进行氧化处理的反应原理是2H2SO3+O2===2H2SO4;氧化后的海水中含有硫酸,水溶液显酸性,所以需要加入氢氧化钠,与之混合后才能排放。
该操作的主要目的是使氢氧化钠与硫酸发生中和反应。
(3)①在母液中加入石灰乳的作用是使Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀。
②MgCl2是强酸弱碱盐,加热时盐会溶解在结晶水中,并会发生水解生成Mg(OH)2和HCl,HCl会随着水分的蒸发而挥发,最终得到Mg(OH)2固体。
要利用MgCl2·6H2O制得无水氯化镁,应在HCl气流中脱水,以抑制MgCl2的水解。
③镁是活泼金属,在高温下容易与空气中的O2及水蒸气发生反应,还能与CO2反应生成MgO和C,故应在惰性气体Ar的环境中冷却。
4.[2014·宜昌调考]世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒,而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯。
二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体,易溶于水、不稳定、呈黄绿色,在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释,同时需要避免光照、震动或受热。
实验室用电解法制备ClO2的流程如图K325所示:
图K325
(1)ClO2中的所有原子________(填“是”或“不是”)都满足8电子的结构。
上图所示方法制得的混合气体中杂质气体B能使石蕊溶液显蓝色,除去该杂质气体可选用________________________________________________________________________。
A.饱和食盐水B.碱石灰
C.浓硫酸D.蒸馏水
(2)稳定性二氧化氯是为推广二氧化氯而开发的新型产品。
下列说法正确的是________。
A.二氧化氯可广泛用于工业和饮用水的处理
B.二氧化氯应用在食品的工业中能有效地延长食品的贮藏期
C.稳定性二氧化氯的出现大大增加了二氧化氯的使用范围
D.在工作区和成品储藏室内,要有通风装置和监测及警报装置
(3)欧洲国家主要采用氯酸钠氧化浓盐酸制备二氧化氯,但该方法的缺点是产率低、产品难以分离,还可能污染环境。
写出该反应的化学方程式:
____________________________________________________。
(4)我国广泛采用经干燥空气稀释的氯气与固体亚氯酸钠(NaClO2)反应制备二氧化氯,化学方程式是______________________________,此法相比欧洲方法的优点是______________________________________。
(5)科学家又研究出了一种新的制备方法,利用硫酸酸化的草酸(H2C2O4)溶液还原氯酸钠,化学反应方程式为________________________________________________。
此法提高了生产、储存及运输的安全性,原因是________________________________。
4.
(1)不是 C
(2)ABCD
(3)2NaClO3+4HCl(浓)===2NaCl+Cl2↑+2ClO2↑+2H2O
(4)2NaClO2+Cl2===2NaCl+2ClO2
产率高,易于分离,没有产生毒副产品
(5)H2C2O4+2NaClO3+H2SO4===Na2SO4+2CO2↑+2ClO2↑+2H2O
反应过程中生成的二氧化碳起到稀释作用
[解析]
(1)Cl原子的最外层有7个电子,只有1个单电子,O原子的最外层有6个电子,含2个单电子,则O原子不能满足8电子的稳定结构。
产物中杂质气体B能使石蕊溶液显蓝色,故B为氨气,可选酸来除杂,只有C中浓硫酸符合。
(2)ClO2可广泛用于工业和饮用水的处理,代替Cl2,为“绿色”消毒剂,A项正确;ClO2应用在食品工业中能有效地延长食品的贮藏期,能杀菌消毒,B项正确;稳定性二氧化氯的出现大大增加了二氧化氯的使用范围,便于运输和应用,C项正确;二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体,在工作区和成品储藏室内,要有通风装置和监测及警报装置,D项正确。
(3)氯酸钠氧化浓盐酸生成氯化钠、氯气、二氧化氯和水,该反应的化学方程式为2NaClO3+4HCl(浓)===2NaCl+Cl2↑+2ClO2↑+2H2O。
(4)氯气与固体亚氯酸钠(NaClO2)反应,生成氯化钠和二氧化氯,该反应为2NaClO2+Cl2===2NaCl+2ClO2,该法相比欧洲方法的优点为安全性好,没有产生毒副产品。
(5)用硫酸酸化的草酸(H2C2O4)溶液还原氯酸钠,反应生成硫酸钠、二氧化碳、二氧化氯和水,该反应为H2C2O4+2NaClO3+H2SO4===Na2SO4+2CO2↑+2ClO2↑+2H2O。
此法提高了生产、储存及运输的安全性,原因是反应过程中生成的二氧化碳起到稀释作用。
2.[2014·河南开封一模]硫酸厂用煅烧黄铁矿(FeS2)来制取硫酸,实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分是Fe2O3及少量FeS、SiO2)制备绿矾。
Ⅰ.SO2和O2反应制取SO3的反应原理为2SO2+O2
2SO3,在一密闭容器中一定时间内达到平衡。
(1)该反应的平衡常数表达式为________________________________________________________________________。
(2)该反应达到平衡状态的标志是________。
A.v(SO2)=v(SO3)
B.混合物的平均相对分子质量不变
C.混合气体的总质量不变
D.各组分的体积分数不变
Ⅱ.某科研单位利用原电池原理,用SO2和O2来制备硫酸,装置如图G122所示,电极为多孔材料,能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触。
(3)B电极的电极反应式为________________________________________________________________________;
溶液中H+的移动方向由________极到________极;电池总反应式为________________________________________________________________________。
图G122
Ⅲ.利用烧渣制绿矾的过程如图G123所示:
烧渣
固体(S、SiO2等)溶液X
溶液Y
图G123
测定产品中绿矾含量的实验步骤:
a.称取5.7g产品,溶解,配成250mL溶液。
b.量取25mL待测液于锥形瓶中。
c.用硫酸酸化的0.01mol/LKMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液的体积为40mL。
根据上述步骤回答下列问题。
(4)滴定时发生反应的离子方程式为(完成并配平离子反应方程式)
KFe2++KMnO
+K________===KFe3++KMn2++K________
(5)用硫酸酸化的KMnO4溶液滴定至终点的标志是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)计算上述产品中FeSO4·7H2O的质量分数为___________________________
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