- 化学与资源开发利用
- 共19748题
目前世界上60%的镁是从海水中提取的。学生就这个课题展开了讨论的。已知海水提镁的主要步骤如下
学生就这个课题提出了以下问题:
(一)在海水提镁的过程中如何实现对镁离子的富集?有三个学生提出自己的观点。
学生1的观点:直接往海水中加入沉淀剂。
学生2的观点:高温加热蒸发海水后,再加入沉淀剂。
学生3的观点:利用晒盐后的苦卤水,再加入沉淀剂。
请你评价三个学生提出的观点是否正确(填是或否),并简述理由。
(二)在海水提镁的过程中如何实现对镁离子的分离?
(1)为了使镁离子沉淀下来,加入的足量试剂①是_______________(填化学式)。
(2)加入的足量试剂②是_____________(填化学式)。
(3)试从节约能源,提高金属镁的纯度分析,以下适宜的冶镁方法是_________________。
A.
B.
C.
D.
正确答案
(一)
(二)(1)NaOH;(2)HCl;(3)C
目前世界上60%的镁是从海水中提取的,某校学生设计从海水中提取镁的实验流程如下图。请思考并回答
I.上述实验过程中涉及的①、②、③反应属于氧化还原反应的是_____________(填序号)。
II.从海水中提取镁的过程中,为实现对镁离子的富集,有三种预设方案:
A.直接往海水中加沉淀剂;
B.加热蒸发海水后,加入沉淀剂;
C.利用晒盐后的苦卤水,加入沉淀剂。
通过分析比较,你认为方案________正确(填序号),其理由是_________________________。
III.从海水中提取镁的过程中,另一重要的环节是实现对Mg2+的分离。
(1)为了使镁离子完全沉淀下来,若加入足量的试剂甲为澄清的石灰水,其反应的离子方程式为
_________________________。
(2)加入试剂甲后,能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是______________(填实验操作名称)。
正确答案
I、③
II、C;该方法因Mg2+浓度大,节约能源,成本较低
III、(1)Mg2++2OH-==Mg(OH)2↓;(2)过滤
南通濒江临海,有较长的海岸线,海洋资源十分丰富。
(1)海水晒盐可获得粗盐,在实验室中粗盐经过溶解、_________、_________可制得精盐。
(2)目前世界上60%的镁是从海水中提取的。其主要步骤如下
①提取Mg的过程中,试剂A可以选用_________,试剂B选用_________,由无水MgCl2制取Mg的反应类型为______________。
②分离出Mg(OH)2后的NaCl溶液中还含有CaCl2、Na2SO4等杂质,为了获得NaCl溶液,在分离后的溶液中依次加入过量的BaCl2溶液、Na2CO3溶液,过滤,再向滤液中加入适量盐酸。实验中加入过量BaCl2溶液是为了除去_________;加入过量Na2CO3溶液的目的是__________________。
(3)目前海水淡化普遍采用“多级闪急蒸馏法”,证明蒸馏得到的水为淡水的方法是_________。
正确答案
(1)过滤;蒸发
(2)①氢氧化钠或氢氧化钙;盐酸;分解反应
②Na2SO4;除去CaCl2和过量的BaCl2(3)取样并滴加AgNO3溶液,若没有白色沉淀,说明蒸馏海水为淡水
最近,我国利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功。
具体生产流程如下:
回答下列问题:
(1)操作a的名称是________,实验室中进行此操作的非玻璃仪器或用品有__________;在实验室中操作b的名称是________________________。
(2)装置a中生成两种酸式盐,它们的化学式分别是____________________________ 。
(3)依题意猜测固体A中一定含有的物质的化学式是__________(结晶水部分不写)。
(4)“热交换器”是利用“废热”预热_____________,除此之外还可利用硫酸工业的“废热”_________。
(5)SO3在______________(填设备名称)中用______________吸收转化为发烟硫酸。
正确答案
(1)过滤,铁架台(含铁圈)、滤纸,蒸发浓缩、冷却结晶;(2)NH4H2PO4 (NH4)2HPO4.
(3)CaSO4 (4)即将参与反应的SO2和O2 发电 (5)吸收塔 98%的浓硫酸
试题分析:(1)分离难溶性固体与液体的方法是过滤。实验室中进行该操作的非玻璃仪器或用品有铁架(含铁圈)、滤纸。磷酸和氨气发生反应可以产生磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵。。H3PO4+3NH3="(" NH4)3PO4. H3PO4+2NH3=(NH4)2HPO4。H3PO4+NH3= NH4H2PO4。这些磷酸的铵盐都容易溶解于水。将其从溶液中分离出来。首先要将溶液蒸发、浓缩,然后冷却、结晶,最后过滤得到。(2)若装置a中生成两种酸式盐,则它们的化学式分别是NH4H2PO4、(NH4)2HPO4。(3)磷灰主要成分是磷酸钙。磷酸钙和硫酸发生反应产生磷酸和硫酸钙。所以猜测固体A中一定含有的物质是磷酸钙,化学式是CaSO4。(4)“热交换器”是利用“废热”预热即将参与反应的SO2和O2 ,除此之外还可利用硫酸工业的“废热”发电。(5)SO3在吸收塔中被吸收的。由于水被浓硫酸吸收时容易形成酸雾,不利于三氧化硫的吸收。所以通常用98.3%的浓硫酸来吸收形成发烟硫酸。然后再用水稀释成需要的浓度。
(13分)安徽繁昌矿产资源十分丰富,其中峨山镇的随山主产辉铜矿。辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)、脉石(SiO2)和少量的银。孙村富铁矿业开发集团采用现代湿法炼铜工艺,用酸浸法从矿石中提取铜,其主要工艺流程图如下:
(1)矿泥的主要成分是______.
(2) 反应1中发生的离子方程式是______.
(3) 第一次萃取实验结束时,发现水层1的颜色仍然较蓝,接下来的操作是______
(4) 反萃取剂的作用是______。
(5) 反应2是用惰性电极电解水层2,写出阳极发生的反应方程式__________________
(6) 传统的湿法炼铜工艺是:粉碎矿石,先高温灼烧,加酸溶解产物,然后加人铁屑进一步得到铜。请评价两种工艺的优缺点________________________
正确答案
(1)SiO2、Ag(2分)
(2)2Cu2S+5O2+4H+=4Cu2++2SO42-+2H2O(3分)
(3)在水层1中继续加入有机萃取剂,进行再萃取( 2分)
(4)使铜离子从有机层进入水层的过程(与题意相符即可,2分)
(5)4OH--4 e-=O2+2H2O(2分)
(6)现代湿法炼铜工艺:整个过程无有害物质生成,电解能得到较纯的铜。但有机萃取剂的选择较难 传统的湿法炼铜工艺:灼烧时,会产生二氧化硫等有害气体,污染空气。过程中加人铁屑,得到的铜不纯(2分)
略
工业上利用硫酸渣(含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量CaO和MgO)制备高档颜料铁红(Fe2O3 )和回收(NH4)2SO4,具体生产流程如下:
(1)在废渣溶解操作时,应选用__________溶解(填字母)。
(2)物质A是一种氧化剂,工业上最好选用 (供选择使用的有:空气、Cl2、MnO2),其理由是 。
(3)根据下图有关数据,你认为工业上氧化操作时应控制的条件是:
。
(4)“结晶”反应的化学方程式为
。
(5)简述检验“滤液”中含有NH4+的实验方法:
。
正确答案
(1)D( 2分 )
(2)空气(2分)
原料来源容易,成本低,不产生污染,不引入杂质。(2分,答其中两点即可)
(3)溶液温度控制在80℃(1分),pH控制在1.5(1分),氧化时间为4小时左右(1分)
(4)3Fe2(SO4)3+ 2NH3·H2O + 10H2O = (NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12↓+5H2SO4 (3分)
(5)取少量滤液于试管中,向试管中加入足量的浓氢氧化钠溶液,加热。用湿润的红色石蕊试纸放在试管口处,红色石蕊试纸变蓝色,说明滤液中含有NH4+。
略
(I)多项选择题(6分)
化学与科学、技术、社会、环境密切相关,下列做法中正确的是__________。
E.利用化学反应原理,设计和制造新的药物
(II)(14分)
浩瀚的海洋是一个巨大的资源宝库,蕴藏着丰饶的矿产,是宝贵的化学资源,下图是海水加工的示意图,根据下图回答问题。
(1)海水淡化工厂通常采用的制备淡水的方法有 (写出两种)。
(2)下图是从浓缩海水中提取溴的流程图。写出下图中①②的化学式:① ,② ,吸收塔中发生的化学反应方程式为 。
(3)制备金属镁是通过电解熔融的MgC12,而不用MgO,其原因是 。
(4)食盐也是一种重要的化工原料,氯碱工业就是通过电解饱和食盐水来制备NaOH、H2和C12。海水中得到的粗盐中往往含有一些杂质,必须加入一些化学试剂,使杂质沉淀,处理后的盐水还需进入阳离子交换塔,其原因是 。电解食盐水在离子交换膜电解槽中进行,离子交换膜的作用是 。
(5)多晶硅主要采用SiHCl3还原工艺生产,其副产物SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用。一定条件下,在20L恒容密闭容器中的反应:3 SiCl4(g)+2 H2(g)+Si(g) 4 SiHCl3(g)。达平衡后,H2与SiHCl3物质的量浓度分别为0.140mol/L和0.020mol/L,若H2全部来源于氯碱工业,理论上需消耗纯NaCl的
质量为 kg。
正确答案
(20分)
(I)(6分)BDE(答对1个得2分,见错得0分)
(II)(14分)
(1)蒸馏法、电渗析法 (2分)
(2)①SO2 (1分) ②C12 (1分) SO2 +C12 + 2H2O = H2SO4 + 2HC1(2分)
(3)MgO熔点很高,会消耗大量电能 (2分)
(4)用试剂处理后的盐水中还含有少量Mg2+、Ca2+,碱性条件下会生成沉淀,损害离子交换膜。(2分)
防止H2与C12混合发生爆炸,同时防止C1—进入阴极室,这样可以获得纯净的NaOH。(2分)
(5)0.35 (2分)
略
(6分)实验室蒸馏石油时:
(1)装置中温度计的水银球应插到 处,以控制 的温度;
(2)蒸馏烧瓶中加入碎瓷片的目的是 ;
(3)冷凝管中水的进出位置是 ,原因是 ;
(4)利用该套装置,可进行的实验是 。
① 用河水或井水制取蒸馏水 ② 除去食盐水里的少量Ca2+、Mg2+
③ 完全除去水中溶解的CO2。
正确答案
(6分)(1)蒸馏烧瓶支管口的附近; 蒸气; (2)防止液体瀑沸;
(3)进水在下,出水在上; 利用逆流原理,提高冷却效率; (4)①
略
硫铁矿与焦炭充分混合(FeS2与C的质量比为5∶2),在有限量的空气中缓慢燃烧,结果可得到硫磺(副产物是两种氧化物),其燃烧的方程式是_____________________________。
正确答案
2FeS2+8C+5O2====2FeO+8CO+4S或3FeS2+12C+8O2====Fe3O4+12CO+6S
根据质量比算出FeS2与C的物质的量之比是1∶4,产物除单质硫外,一是铁的氧化物,二是碳的氧化物(CO),由于焦炭是还原剂且空气是限量的,不会生成高价铁的氧化物。
【化学与技术】
工业上制取硝酸铵的流程图如下,请回答下列问题:
(1)在上述工业制硝酸的生产中,B设备的名称是 ,其中发生反应的化学方程式为 。
(2)此生产过程中,N2与H2合成NH3所用的催化剂是 。1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨,2007年化学家格哈德·埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程,示意图如下:
分别表示N2、H2、NH3。图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面,图②和③的含义分别是 、 。
(3)在合成氨的设备(合成塔)中,设置热交换器的目的是 ;在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是 。
(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物,可用如下两种方法处理:
碱液吸收法:NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O
NH3还原法:8NH3+6NO2催化剂△ 7N2+12H2O(NO也有类似的反应)
以上两种方法中,符合绿色化学的是 。
(5)某化肥厂用NH3制备NH4NO3。已知:由NH3制NO的产率是96%、NO制HNO3的产率是92%,则制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量(不考虑其它损耗)的 %。
(6)硝酸铵是一种常用的氮肥,在贮存和使用该化肥时,应注意的事项及理由是:
正确答案
(1)氧化炉,4NH3+5O24NO+6H2O
(2)铁砂网(或铁)。N2、H2被吸附在催化剂表面;在催化剂表面,N2、H2中化学键断裂
(3)利用余热,节约能源;使NO循环利用,全部转化成HNO3
(4)NH3还原法
(5)53
(6)①不能与碱性肥料混施;硝酸铵溶液呈酸性;
②不能剧烈撞击;硝酸铵易爆炸;
③不能在雨水较多的地区使用 硝酸铵吸收性强,易流失。
(1)工业制硝酸用氨氧化法制硝酸,其方法以氨和空气为原料,用Pt-Rh合金网为催化剂在氧化炉中进行,加热条件下生成NO和水,NO在冷却与O2反应生成NO2,NO2在吸收塔内用水吸收过量空气中O2的作用下转化为硝酸。最高浓度可达50%。制浓硝酸就是把50%HNO3与Mg(NO3)2或浓H2SO4蒸馏而得。方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。
(2)N2和H2合成NH3所用催化剂是铁,由图知②所示N2和H2被吸附在催化剂表面,而图③表示在催化剂表面,N2、H2中化学键断裂。
(3)在合成氨的设备(合成塔)中,设置热交换器的目的是利用余热,节约能源;在合成硝酸的吸收塔中不断通入空气,目的是提供充足的氧气,以便使NO循环利用,全部转化成硝酸;
(4)根据“绿色化学”要求,从根本上减少或杜绝污染,尽可能使原料和利用率提高来看,符合绿色的要求。
(5)由NH3制NO的产率是96%、NO制HNO3的产率是92%。
根据氮原子守恒可知:NH3—NO—HNO3,则1mol NH3可得硝酸为
1mol×96%×92%=0.8832mol;由HNO3—NH3—NH4NO3,则该反应消耗的氨气的物质的量为0.8832mol,氨气的质量之比等于物质的量之比,硝酸所用去的NH3的质量占总消耗NH3的质量分数为1mol/(1mol+0.8832mol)×100%=53.1%.
(6)根据硝酸铵的性质来解答,由于硝酸铵受到撞击时易爆炸。因此硝酸铵不能与易燃物混放;不能用铁锤等物将结块的硝酸铵砸碎;硝酸铵溶液呈酸性,所以不能与碱性肥料混施。
(18分)硫酸是化学工业最重要的产品之一,工业制法如下。
(1)生产硫酸最古老的方法是以绿矾为原料,在蒸馏釜中煅烧。反应的化学方程式为:2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2+SO3↑+14H2O。其中三氧化硫与水蒸气同时冷凝便得到硫酸。用如图所示装置模拟用绿矾制硫酸的实验,并检验生成的硫酸和二氧化硫(加热装置已略去)。其中b为干燥的试管
。
①试管b中得到的主要产物是 ,检验该产物的方法是(结合离子方程式简要说明) 。
②为检验反应的另一种生成物,试管c中应加入的试剂是 ,简述相应的实验现象及结论 。
③所得硫酸的理论浓度(溶质的质量分数)为 。
(2)目前,我国采用“接触法”制硫酸,生产设备如图所示:
①图中设备A的名称是 ,a、b两处所含气体的化学式分别为 、 。
②有关接触法制硫酸的下列说法中,不正确的是 。
(3)随着化学工业的发展,“接触法”全面替代了“绿矾热分解法”,请你从综合效益的角度指出“接触法”制硫酸的优势:①生产成本低、②原料易得、③ 、④ 、⑤ 、⑥ (可不填满)。
正确答案
(1)① H2SO4(1分);Ba+SO
=BaSO4↓(1分)
取少量溶液于试管中,滴人紫色石蕊试渡,溶液变红色;另取样,滴入BaCl2溶液产生白色沉淀,证明产物是硫酸(2分)
②品红(1分)
生成的气体使品红褪色,并且加热后恢复红色,证明该产物是SO2(2分)
③ 29.5%(2分)
(2)①沸腾炉(1分);SO2、O2、N2(2分);SO3、SO2、O2、N2(2分)
② ABCD(2分)
(3)原料利用率高;硫酸浓度高;对环境污染小;放出热量可以再利用;(共2分。答对1条得1分)
略
农作物生长不仅需要阳光、空气和水,还需要多种化学元素。当植物缺乏N元素时,表现为植株生长缓慢、叶色发黄,严重时叶片脱落直至死亡。
(1)下列可作氮肥的化合物是 ,其中含N量最高的是 。
(2)氮肥的制备,首先涉及氨的合成,请填写下列合成氨工艺流程图中的设备名称:
A B
(3)某化工厂为了综合利用生产过程中的副产品CaSO4,与相邻的合成氨厂联合设计了以下制备(NH4)2SO4的工艺流程:
①沉淀池中发生的主要反应方程式是 ;
②在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是 ,可以循环使用的X是 ;
③从物质的性质和工业生产实际的角度考虑该流程的主要缺陷是 。
正确答案
略
三聚氰胺(化学式:C3N6H6)是一种非食品类的重要有机化工原料,广泛用于塑料、造纸、建材等行业。下图是我国科技工作者于2004年研制的以尿素为原料生产三聚氰胺的工艺——“常压气相一步法联产纯碱新技术”:
已知:①尿素的熔点是132.7℃,常压下超过160℃即可分解;
②三聚氰胺的熔点是354℃,加热易升华,微溶于水;
③以尿素为原料生产三聚氰胺的原理是:
6CO(NH2)2C3N6H6 + 6NH3 + 3CO2
请回答:
(1)尿素是一种常用含氮量最高的化肥,其氮元素的质量百分数为 ,在实验室使其熔化的容器名称叫_________ 。工业上合成尿素的化学反应方程式为___________________________________(反应条件可以不写)
(2)写出各主要成份的化学式:产品1 、产品2 、X ;
(3)联氨系统沉淀池中发生的化学反应方程式为: ;
(4)若生产过程中有4%的尿素损耗,每吨尿素可生产三聚氰胺 吨,副产品纯碱 吨。
正确答案
(1)46.7%(1分) 坩埚 (1分2NH3 + CO2 CO(NH2)2+ H2O(1分)
(2)C3N6H6 NH4Cl CO2(3分)
(3)NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3↓ + NH4Cl(2分)
或:NH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3 NaCl + NH4HCO3 → NaHCO3↓ + NH4Cl
(4)0.336t (1分) 0.848 t(1分)
略
【化学与技术】
下图表示某些化工生产的流程(有的反应条件和产物已略去)
请回答下列问题:
(1)流程中所涉及的化学工业 (写出两个即可)。
(2)反应I需在500℃进行,主要原因是 ;实际工业生产中,反应Ⅱ的条件是 。
(3)写出反应III的化学方程式 。
(4)工业上,析出K后,再向母液中继续通入E,并加入细小食盐颗料,其目的是 。
(5)工业上常用Na2CO3溶液吸收制取HNO3产生的尾气中的NO2,生成NaNO3、NaNO2和一种气体,写出反应的化学方程式 。
正确答案
(1)合成氨,氨氧化法制硝酸,联合制碱法(或侯氏制减法)
(2)500℃时,该反应的催化剂的活性最高;铂铑合金作催化剂,高温
(3)NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
(4)增大NH4+和Cl-的浓度,析出副产品NH4Cl
(5)2NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2
依据流程分析液态空气蒸馏得到氧气和氮气,焦炭和水蒸气反应生成氢气和一氧化碳;推断反应Ⅰ是合成氨的反应,所以A为O2、B为N2、C为H2、E为NH3,反应Ⅱ是氨气的催化氧化反应生成G为NO,H为NO2、I为HNO3,L为NH4NO3,D为CO,F为CO2;E+F+饱和食盐水=NaHCO3↓+NH4Cl,Ⅲ反应是工业侯德榜制碱法;K为NaHCO3,M为Na2CO3;J为NH4Cl;
(1)流程分析推断反应Ⅰ是工业合成氨;Ⅱ是工业上制硝酸的第一步氨气的催化氧化;Ⅲ是工业上候氏制碱法或联合制碱法;
(2)反应I合成氨是放热反应,需在500℃进行是为了提高反应速率,催化剂活性最大;实际工业生产中,反应Ⅱ的条件是铂铑合金做催化剂高温加热进行氨气的催化氧化反应;
(3)反应Ⅲ是候氏制碱法的反应原理,氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳生成碳酸氢钠晶体和氯化铵,反应的化学方程式为:NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl;
(4)工业上,析出NaHCO3后,再向母液中继续通入NH3,并加入细小食盐颗料,是为了增大铵根离子和氯离子浓度,降低氯化铵的溶解度利于晶体析出;
(5)根据信息产物知,反应方程式是2NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2。
由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气,这些杂质可采用吹气精炼法出去,产生的尾气经处理后可用于刚才镀铝。工艺流程如下:
(注:NaCl熔点为801℃;AlCl3在181℃升华)
(1)精炼前,需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂,防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质,相关的化学方程式为① 和②
(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体,杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有 ;固态杂质粘附于气泡上,在熔体表面形成浮渣,浮渣中肯定存在
(3)在用废碱液处理A的过程中,所发生反应的例子方程式为
(4)镀铝电解池中,金属铝为 极,熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4― 和Al2Cl7―形式存在,铝电镀的主要电极反应式为
(5)钢材镀铝后,表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀,其原因是
正确答案
(4) 正 Al-3e-+7AlCl4-="===" 4Al2Cl7-
略
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