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工业上生产高氯酸(沸点:90oC)时还同时生产了亚氯酸钠,其工艺流程如下:
(1)冷却过滤的目的是降低NaHSO4的 ,并分离出NaHSO4晶体。
(2)反应器2中发生反应的离子方程式为 ,SO2的
作用是作 剂。
(3)上述工业生产高氯酸的化学反应为:3NaClO3+3H2SO4(浓)=3NaHSO4+HClO4+2ClO2+H2O,氧化产物与还原产物的物质的量之比为 。
(4)可以通过蒸馏滤液的方法得到高氯酸的原因可能是高氯酸的沸点比较 (填“高”或“低”),容易从溶液中逸出,循环使用的物质是 。
正确答案
(1)溶解度 (2)2ClO2+SO2+4OH-=2ClO2-+SO42-+2H2O; 还原
(3)1:2 (4)低 H2SO4
试题分析:(1)在反应器1中,硫酸钠和硫酸反应获得的硫酸氢钠的溶解度随着温度的降低而减小,这样冷却过滤,可以降低NaHSO4的溶解度并分离出NaHSO4晶体。
(2)在反应器2中,可以实现二氧化氯向NaClO2的转化,二氧化硫可以作为还原剂把ClO2还原为NaClO2,反应的离子方程式为2ClO2+SO2+4OH-=2ClO2-+SO42-+2H2O。
(3)根据方程式3NaClO3+3H2SO4(浓)=3NaHSO4+HClO4+2ClO2+H2O可知,NaClO3既是氧化剂,也是还原剂,其中氯元素的化合价从+5价部分升高到+7价,部分降低到+4价,所以高氯酸是氧化产物,二氧化氯是还原产物。根据电子得失守恒可知,氧化产物与还原产物的物质的量之比为1:2。
(4)可以通过蒸馏滤液的方法得到高氯酸,这说明高氯酸的沸点比较低(沸点:90oC);根据循环图可以发现硫酸作为反应物进入反应器1中,又作为生成物在反应器2中生成,可以循环使用。
(10分)
2006年世界锂离子电池总产量超过25亿只,锂电池消耗量巨大,对不可再生的金属资源的消耗是相当大的。因此锂离子电池回收具有重要意义,其中需要重点回收的是正极材料,其主要成分为钴酸锂(LiCoO2)、导电乙炔黑(一种炭黑)、铝箔以及有机粘接剂。某回收工艺流程如下:
(1)上述工艺回收到的产物有
(2)Li原子的最外层电子数是 ,废旧电池可能由于放电不完全而残留有原子态的锂,为了安全对拆解环境的要求是___________________________________________
(3)碱浸时主要反应的化学方程式为 。
(4)最后一步过滤应趁热过滤,原因是
正确答案
(1)LiCoO2、Al(OH)3、CoSO4
(2)1,隔绝空气和水
(3)2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑
(4)防止析出硫酸钠晶体。
(1)根据流程图可知,回收到的产物有Al(OH)3、CoSO4和Li2CO3。(2)Li是3号元素,最外层一个电子。锂与钠为同一主族,易与水和氧气反应,所以要隔绝空气和水(3)碱浸时,只有铝箔能跟NaOH反应。Na2CO3与LiSO4反应生成Li2CO3沉淀和Na2SO4溶液,Na2SO4溶液冷却会析出固体,所以要趁热过滤。
工业上用白云石制备高纯氧化镁的工艺流程如下:
已知白云石的主要成分可表示为:
CaO 32.50%;MgO 20.58%;Fe2O3 2.18%;SiO2 0.96%;其他 43.78%
(1)为了提高白云石的煅烧效果,可以采取的措施是 。
若在实验室中煅烧白云石,需要的仪器除酒精灯、三脚架以外,还需要 。
(2)加入H2SO4控制pH时,终点pH对产品的影响如图所示,pH过高会导致镁浸率降低,其原因为 ,pH过低对产品影响是 。
(3)从溶液中获得CaSO4·2H2O的操作是蒸发浓缩、 、过滤、洗涤、干燥。
(4)写出沉淀反应中的离子方程式: 。检验沉淀是否洗净的方法是: 。
(5)沉淀反应过程中,温度对产品的纯度也有一定的影响。如图为反应温度对氧化镁纯度的影响。最终确定本反应的适宜温度为 。
正确答案
(1)矿石粉碎(2分)BC(2分,选对1个给1分,错选不得分)
(2)Mg(OH)2或MgO未完全溶解(2分);产品纯度下降(合理答案均给分)(2分)
(3)冷却结晶(或结晶)(1分)
(4)Mg2++2NH3·H2O=Mg(OH)2↓+2NH4+(2分)
取最后一次洗涤液,加BaCl2溶液,无沉淀则洗净(2分)
(5)40℃(2分)
试题分析:(1)矿石粉碎,增大接触面积,充分反应;加热固体需用坩埚及三脚架、泥三角等;(2)pH过高会Mg(OH)2或MgO未完全溶解,从而是镁浸取率降低;pH过低会导致氧化铁等杂质溶解形成杂质导致产品纯度降低;(3)降温结晶或冷却结晶,不能用蒸发结晶;(4)氨水与镁离子的反应,取最后一次洗涤液,加BaCl2溶液,无沉淀则洗净;(5)取纯度最高时的温度。
(12分)工业上以锂辉石(Li2O·A12O3·4SiO2,含少量Ca、Mg元素)为原料生产碳酸锂。其部分工艺流程如下:
已知:①Li2O·Al2O3·4SiO2 +H2SO4(浓)Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O↓
②某些物质的溶解度(S)如下表所示。
(1)从滤渣1中分离出Al2O3的部分流程如下图所示,括号表示加入的试剂,方框表示所得到的物质。则步骤Ⅱ中最佳反应的离子方程式是____________________________。
(2)已知滤液1中的主要离子为Li+、Mg2+、Ca2+、SO42-,滤渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3。向滤液1中加入石灰乳的作用是(运用化学平衡原理简述,并写离子方程式)
__________________________________________________________________。
(3)向滤液2中加入饱和Na2CO3溶液,过滤后,用“热水洗涤”的原因是 。
(4)工业上,将Li2CO3粗品制备成高纯Li2CO3的部分工艺如下。
a.将Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液,LiOH溶液作阴极液,两者用离子选择透过膜隔开,用惰性电极电解。
b.电解后向LiOH溶液中加入过量NH4HCO3溶液,过滤、烘干得高纯Li2CO3。
① a中,阳极的电极反应式是______________________________________。
②b中,生成Li2CO3反应的化学方程式是______________________________。
正确答案
(1)Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
(2) 平衡右移,沉淀转变为Mg(OH)2
Mg2++Ca(OH)2=Mg(OH)2+Ca2+
(3)Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的损失
(4)①2Cl――2e―=Cl2↑ ②2LiOH+NH4HCO3=Li2CO3+NH3 .H2O+H2O
(1)滤渣I中含有氧化铝和二氧化硅,由于二者都和氢氧化钠反应,所以要除去二氧化硅,应该用盐酸溶解氧化铝。过滤后向滤液中通入氨气即生成氢氧化铝沉淀,方程式为Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+。
(2)石灰乳中存在平衡,由于镁离子结合OH-,生成更难溶的氢氧化镁,平衡右移,沉淀转变为Mg(OH)2,方程式为Mg2++Ca(OH)2=Mg(OH)2+Ca2+。
(3)由于Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的损失。
(4)①由于电解池中阳极失去电子,所以溶液中的氯离子在阳极放电,方程式为2Cl――2e―=Cl2↑。
②根据反应物和生成物可以写出反应的方程式为2LiOH+NH4HCO3=Li2CO3+NH3 .H2O+H2O 。
钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成一个产业链(如图所示),将大大提高资源的利用率。
请回答下列问题:
(1)氢写出Ti原子的核外电子排布式______。
(2)写出钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛的化学方程式 。
(3)制备TiO2的方法之一是利用TiCl4水解生成TiO2·x H2O,再经焙烧制得。水解时需加入大量的水并加热,请结合化学方程式和必要的文字说明原因: 。
(4)由TiCl4→Ti 需要在Ar气中进行,反应后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物,可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti,依据下表信息,需加热的温度略高于 ℃即可。
(5)CH3OH(l)的燃烧热△H=-726.5kJ/mol,请写出甲醇燃烧的热化学方程式 。以甲醇和氧气(或空气)、电解液为Li2CO3和K2CO3的熔融物组成燃料电池,该电池负极反应式为__________________。
由CO和H2合成甲醇的方程式是:CO(g)+2H2(g)= CH3OH(g)。若不考虑生产过程中物质的任何损失,上述产业链中每合成9mol甲醇,至少需额外补充H2 mol。
正确答案
(1)1s22s22p63s23p63d24s2 (2分)
(2)2FeTiO3 + 6C + 7Cl22FeCl3 + 2TiCl4 + 6CO (2分)
(3)TiCl4 + (2+x)H2OTiO2·xH2O↓+ 4HCl △H﹥0加入大量水并加热,都能使水解反应向正反应方向进行,促进水解趋于完全。(3分)
(4)1412 (2分)
(5)2CH3OH(l)+ 3O2(g)=2CO2(g)+ 4H2O(l) △H=-1453kJ·mol (2分)
CH3OH + 3CO32- - 6e- = 4CO2 + 2H2O (2分) 7.5 (3分)
试题分析:(1)Ti的原子序数为22,原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2 ,故处于第四周期第ⅣB族;
(2)从图示可知氯化时的反应物为FeTiO3、C、Cl2,生成物为FeCl3、TiCl4、CO,再根据得失电子和原子守恒即可得出该反应的方程式为2FeTiO3 + 6C + 7Cl22FeCl3 + 2TiCl4 + 6CO ;
发生TiCl4 + (2+x)H2OTiO2·xH2O↓+ 4HCl,加入大量水并加热,HCl挥发,促使水解正向进行;
(4)在Ar气中进行防止钛、镁被氧化;控制温度使TiCl4、Mg、MgCl2转化为蒸气,Ti不熔化,故温度略高于1412℃;
(5)根据燃烧热的定义:在25℃、101kPa时,1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量,C转化为二氧化碳,H转化为液态水.故可以得出CH3OH完全燃烧的热化学方程式;2CH3OH(l)+ 3O2(g)=2CO2(g)+ 4H2O(l) △H=-1453kJ·mol;以甲醇和氧气(或空气)、电解液为Li2CO3和K2CO3的熔融物组成燃料电池,在电池工作时,CO32-移向负极。CH3OH在负极上失去电子,在CO32-的作用下生成CO2气体,O2在正极上得到电子,在CO2的作用下生成CO32-,其电极反应式为
负极:CH3OH-6e-+3CO32-4CO2↑+2H2O
正极:O2+6e-+3CO2
3CO32-
由CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)可知,合成9mol甲醇需要n(CO)=9mol、n(H2)=18mol.根据2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+2TiCl4+6CO可知,电解中生成的n(Cl2)=
n(CO)=
mol,根据2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑可知,电解生成n(H2)=n(Cl2)=
mol,故需额外补充H2为18mol-
mol=7.5mol。
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