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简答题

工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体(含NO、NO2)制备NaNO2、NaNO3,工艺流程如下:

已知:Na2CO3+NO+NO2═2NaNO2+CO2

(1)中和液所含溶质除NaNO2及少量Na2CO3外,还有______(填化学式). 

(2)中和液进行蒸发Ⅰ操作时,应控制水的蒸发量,避免浓度过大,目的是______.蒸发Ⅰ产生的蒸汽中含有少量的NaNO2等有毒物质,不能直接排放,将其冷凝后用于流程中的______(填操作名称)最合理.

(3)母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3的目的是______.母液Ⅱ需回收利用,下列处理方法合理的是______

a.转入中和液  b.转入结晶Ⅰ操作   c.转入转化液    d.转入结晶Ⅱ操作

(4)若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为2:1,则生产1.38吨NaNO2时,Na2CO3的理论用量为______吨(假定Na2CO3恰好完全反应).

正确答案

解:由制备流程可知,碳酸钠溶解后,碱吸收发生Na2CO3+NO+NO2═2NaNO2+CO2、3NO2+H2O=HNO3+NO、Na2CO3+2HNO3=NaNO3+H2O+CO2↑,然后中和液进行蒸发Ⅰ操作,应避免浓度过大NaNO2析出,蒸发Ⅰ产生的蒸汽中含有少量的NaNO2等有毒物质要回收再循环利用;结晶过滤分离出NaNO3,母液I中主要含NaNO2,母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3、空气,硝酸提供酸性环境,可将NaNO2转化为NaNO3,转化液蒸发、结晶、过滤分离出NaNO3,母液Ⅱ中主要含NaNO3,应在转化液及结晶中提高利用率,

(1)由上述分析可知,二氧化氮与碱液反应生成NaNO2,还可生成NaNO3,中和液中含剩余的少量Na2CO3,故答案为:NaNO3

(2)中和液进行蒸发Ⅰ操作时,应控制水的蒸发量,避免浓度过大,目的是防止NaNO2的析出,蒸发Ⅰ产生的蒸汽中含有少量的NaNO2等有毒物质,不能直接排放,将其冷凝后用于流程中的溶碱,循环利用,提高利用率,故答案为:防止NaNO2的析出;溶碱;

(3)由上述分析可知,母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3的目的是将NaNO2转化为NaNO3.母液Ⅱ需回收利用,可转入转化液或转入结晶Ⅱ操作,提高其利用率,

故答案为:将NaNO2转化为NaNO3;cd;

(4)生产1.38吨NaNO2时,n(NaNO2)==2×104mol,NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比为2:1,则n(NaNO3)=1×104mol,由Na原子守恒可知,2n(Na2CO3)=n(NaNO2)+n(NaNO3),m(Na2CO3)=(2×104mol+1×104mol)××106g/mol=1.59×106g=1.59t,

故答案为:1.59.

解析

解:由制备流程可知,碳酸钠溶解后,碱吸收发生Na2CO3+NO+NO2═2NaNO2+CO2、3NO2+H2O=HNO3+NO、Na2CO3+2HNO3=NaNO3+H2O+CO2↑,然后中和液进行蒸发Ⅰ操作,应避免浓度过大NaNO2析出,蒸发Ⅰ产生的蒸汽中含有少量的NaNO2等有毒物质要回收再循环利用;结晶过滤分离出NaNO3,母液I中主要含NaNO2,母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3、空气,硝酸提供酸性环境,可将NaNO2转化为NaNO3,转化液蒸发、结晶、过滤分离出NaNO3,母液Ⅱ中主要含NaNO3,应在转化液及结晶中提高利用率,

(1)由上述分析可知,二氧化氮与碱液反应生成NaNO2,还可生成NaNO3,中和液中含剩余的少量Na2CO3,故答案为:NaNO3

(2)中和液进行蒸发Ⅰ操作时,应控制水的蒸发量,避免浓度过大,目的是防止NaNO2的析出,蒸发Ⅰ产生的蒸汽中含有少量的NaNO2等有毒物质,不能直接排放,将其冷凝后用于流程中的溶碱,循环利用,提高利用率,故答案为:防止NaNO2的析出;溶碱;

(3)由上述分析可知,母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3的目的是将NaNO2转化为NaNO3.母液Ⅱ需回收利用,可转入转化液或转入结晶Ⅱ操作,提高其利用率,

故答案为:将NaNO2转化为NaNO3;cd;

(4)生产1.38吨NaNO2时,n(NaNO2)==2×104mol,NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比为2:1,则n(NaNO3)=1×104mol,由Na原子守恒可知,2n(Na2CO3)=n(NaNO2)+n(NaNO3),m(Na2CO3)=(2×104mol+1×104mol)××106g/mol=1.59×106g=1.59t,

故答案为:1.59.

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碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料.工业碳酸钠(钝度约98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO42-等杂质,提纯工艺路线如下:

已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示:回答下列问题:

(1)滤渣的主要成分为______

(2)“趁热过滤”的原因是______

(3)若在实验室进行“趁热过滤”,可采取的措施是______(写出一种)

(4)若“母液”循环使用,可能出现的问题及其原因是______

(5)已知:

Na2CO3•10H2O(s)=Na2CO3(s)+10H2O(g)△H1=+532.36kJ•mol-1;Na2CO3•10H2O(s)=Na2CO3•H2O(s)+9H2O(g)△H2=+473.63kJ•mol-1,写出Na2CO3•H2O脱水反应的热化学方程式______

正确答案

解:(1)工业碳酸钠(钝度约98%)中含有Mg2+,Fe3+,Ca2+,所以“除杂”中加入过量的NaOH溶液,可生成Mg(OH)2、Fe(OH)3沉淀,滤渣的主要成分为Mg(OH)2、Fe(OH)3

故答案为:Mg(OH)2、Fe(OH)3

(2)根据所给的坐标图可以发现:温度减少至313K时发生突变,溶解度迅速减少,若不趁热过滤将析出晶体,所以“趁热过滤”的原因是使析出的晶体为Na2CO3•H2O,防止因温度过低而析出Na2CO3•10H20晶体或Na2CO3•7H20晶体,使后续的加热脱水耗时长,

故答案为:使析出的晶体为Na2CO3•H2O,防止因温度过低而析出Na2CO3•10H20晶体或Na2CO3•7H20晶体,使后续的加热脱水耗时长;

(3)在实验室进行“趁热过滤”时,要注意减少过滤的时间和保持过滤时的温度,可采取的措施是用预热过滤装置(或已预热的布氏漏斗趁热抽滤,或用常压热过滤漏斗进行过滤),故答案为:用预热过滤装置(或已预热的布氏漏斗趁热抽滤,或用常压热过滤漏斗进行过滤);

(4)产生的问题是溶解时有大量沉淀生成,使Na2CO3损耗且产物Na2CO3混有杂质.原因:“母液”中,含有的离子有Ca2+,Na+,Cl-,SO42-,OH-,CO32-,当多次循环后,使用离子浓度不断增大,溶解时会生成CaSO4,Ca(OH)2,CaCO3等沉淀.

(5)通过观察两个热化学方程式,利用盖斯定律,可将两式相减得到Na2CO3•H2O(S)═Na2CO3(s)+H2O(g),即Na2CO3•H2O(S)═Na2CO3(s)+H2O(g)△H=+58.73kJ/mol,

故答案为:Na2CO3•H2O(S)═Na2CO3(s)+H2O(g)△H=+58.73kJ/mol.

解析

解:(1)工业碳酸钠(钝度约98%)中含有Mg2+,Fe3+,Ca2+,所以“除杂”中加入过量的NaOH溶液,可生成Mg(OH)2、Fe(OH)3沉淀,滤渣的主要成分为Mg(OH)2、Fe(OH)3

故答案为:Mg(OH)2、Fe(OH)3

(2)根据所给的坐标图可以发现:温度减少至313K时发生突变,溶解度迅速减少,若不趁热过滤将析出晶体,所以“趁热过滤”的原因是使析出的晶体为Na2CO3•H2O,防止因温度过低而析出Na2CO3•10H20晶体或Na2CO3•7H20晶体,使后续的加热脱水耗时长,

故答案为:使析出的晶体为Na2CO3•H2O,防止因温度过低而析出Na2CO3•10H20晶体或Na2CO3•7H20晶体,使后续的加热脱水耗时长;

(3)在实验室进行“趁热过滤”时,要注意减少过滤的时间和保持过滤时的温度,可采取的措施是用预热过滤装置(或已预热的布氏漏斗趁热抽滤,或用常压热过滤漏斗进行过滤),故答案为:用预热过滤装置(或已预热的布氏漏斗趁热抽滤,或用常压热过滤漏斗进行过滤);

(4)产生的问题是溶解时有大量沉淀生成,使Na2CO3损耗且产物Na2CO3混有杂质.原因:“母液”中,含有的离子有Ca2+,Na+,Cl-,SO42-,OH-,CO32-,当多次循环后,使用离子浓度不断增大,溶解时会生成CaSO4,Ca(OH)2,CaCO3等沉淀.

(5)通过观察两个热化学方程式,利用盖斯定律,可将两式相减得到Na2CO3•H2O(S)═Na2CO3(s)+H2O(g),即Na2CO3•H2O(S)═Na2CO3(s)+H2O(g)△H=+58.73kJ/mol,

故答案为:Na2CO3•H2O(S)═Na2CO3(s)+H2O(g)△H=+58.73kJ/mol.

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β-锂辉石的主要成分是Li2O•Al2O3•4SiO2,还含有FeO、CaO、MgO等.以β-锂辉石为原料制备碳酸锂的一种流程如下:

已知:①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH:

②Li2CO3在不同温度的溶解度如下表:

回答下列问题:

(1)反应Ⅱ中加碳酸钙的作用是______

(2)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式____________

(3)写出反应Ⅳ的化学方程式______.洗涤所得Li2CO3沉淀要用热水而非冷水,原因是______

正确答案

解:(1)反应Ⅱ中加碳酸钙,碳酸钙可以和硫酸反应,使得溶液的pH升高,控制pH,可以使Fe3+和Al3+完全沉淀,故答案为:除去反应Ⅰ中过量的硫酸,控制pH使Fe3+和Al3+完全沉淀;

(2)反应Ⅲ中,加入的氢氧化钙中的氢氧根离子可以和镁离子反应生成氢氧化镁,Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓,碳酸钠中的碳酸根离子可以和钙离子之间反应生成碳酸钙沉淀,Ca2++CO32-=CaCO3↓,

故答案为:Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓;Ca2++CO32-=CaCO3↓;

(3)硫酸锂可以和碳酸钠之间发生反应生成溶解度更小的碳酸锂,反应的原理方程式为:Li2SO4+Na2CO3=Li2CO3↓+Na2SO4,根据Li2CO3在不同温度的溶解度表,可以知道洗涤所得Li2CO3沉淀要用热水而非冷水,是因为:碳酸锂在较高的温度下溶解度小,用热水洗涤可以减少碳酸锂的损耗,

故答案为:碳酸锂在较高的温度下溶解度小,用热水洗涤可以减少碳酸锂的损耗.

解析

解:(1)反应Ⅱ中加碳酸钙,碳酸钙可以和硫酸反应,使得溶液的pH升高,控制pH,可以使Fe3+和Al3+完全沉淀,故答案为:除去反应Ⅰ中过量的硫酸,控制pH使Fe3+和Al3+完全沉淀;

(2)反应Ⅲ中,加入的氢氧化钙中的氢氧根离子可以和镁离子反应生成氢氧化镁,Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓,碳酸钠中的碳酸根离子可以和钙离子之间反应生成碳酸钙沉淀,Ca2++CO32-=CaCO3↓,

故答案为:Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓;Ca2++CO32-=CaCO3↓;

(3)硫酸锂可以和碳酸钠之间发生反应生成溶解度更小的碳酸锂,反应的原理方程式为:Li2SO4+Na2CO3=Li2CO3↓+Na2SO4,根据Li2CO3在不同温度的溶解度表,可以知道洗涤所得Li2CO3沉淀要用热水而非冷水,是因为:碳酸锂在较高的温度下溶解度小,用热水洗涤可以减少碳酸锂的损耗,

故答案为:碳酸锂在较高的温度下溶解度小,用热水洗涤可以减少碳酸锂的损耗.

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(2015秋•乐山校级月考)某科研小组设计出利用工业废酸(10%H2SO4)来堆浸某废弃的氧化铜锌矿制取活性ZnO的方案,实现废物综合利用,方案如图所示.

已知:298K时各离子开始沉淀及完全沉淀时的pH如下表所示.

请回答下列问题:

(1)氧化铜锌矿中含有少量的CuS和ZnS,在H2SO4的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶,这是由于相同温度下:Ksp(CuS)______ Ksp(ZnS)(选填“>”“<”或“=”).

(2)你认为在除铁过程中选用下列物质中的______(填序号)作为试剂甲是比较合适的.

A.KMnO4          B.HNO3          C.H2O2              D.Cl2

(3)除铁过程中加入氨水的目的是调节溶液的pH,pH应控制在______范围之间.

(4)请写出加甲物质后,加入氨水控制调节溶液的pH生成Fe(OH)3反应的离子方程式______

(5)298K时残留在乙溶液中的c(Fe3+)在______ mol/L以下(Fe(OH)3的KSP=2.70×10-39

(6)乙的溶液可直接用作氮肥,则乙的化学式是______

(7)请写出“沉淀Zn2+”步骤中发生反应的化学方程式______

正确答案

解:氧化铜锌矿先用稀硫酸溶解,然后过滤分离出矿渣,向所得溶液中加入过量Fe将Cu铜置换出来,得到海绵铜,向滤液中加入试剂甲、氨水除去铁,加氧化剂将Fe2+氧化成Fe3+,加氨水调节溶液的pH,过滤将其除去,再用NH4HCO3洗涤溶液,得到溶解度较小的碱式碳酸锌,最后焙烧得到ZnO,乙的溶液可直接用作氮肥,乙溶液为(NH42SO4

(1)相同条件下,溶解度大的物质先溶解,因在H2SO4的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶,则相同温度下:Ksp(CuS)<Ksp(ZnS),故答案为:<;

(2)除铁过程中,要将亚铁离子转化为铁离子,然后用氨水除去铁离子,试剂甲具有氧化性且不能引进新的杂质,高锰酸钾、硝酸、氯气都具有强氧化性但能引进新的杂质,所以应该选取双氧水,双氧水被还原生成水,故选C; 

(3)从图表数据可知,铁离子沉淀完全的pH为3.2,锌离子开始沉淀的pH为6.2.故除铁pH范围为:3.2~6.2,故答案为:3.2~6.2;

(4)铁离子和一水合氨反应生成氢氧化铁沉淀和铵根离子,离子方程式为Fe3++3NH3•H2O═Fe﹙OH)3↓+3NH4+,故答案为:Fe3++3NH3•H2O═Fe﹙OH)3↓+3NH4+

(5)锌离子开始沉淀时溶液的pH=6.2,溶液中c(OH-)=10-7.8 mol/L,c(Fe3+)==mol/L=2.7×10-15.6mol/L,故答案为:2.7×10-15.6

2.7×10-20.4

(6)因所用废酸为硫酸,乙又可作氮肥,所以乙为(NH42SO4

故答案为:(NH42SO4

(7)硫酸锌、碳酸氢铵和一水合氨反应生成碱式碳酸锌和硫酸铵、水,反应方程式为2ZnSO4+NH4HCO3+3NH3.H2O═Zn2(OH)2CO3↓+2(NH42SO4+H2O,故答案为:2ZnSO4+NH4HCO3+3NH3.H2O═Zn2(OH)2CO3↓+2(NH42SO4+H2O.

解析

解:氧化铜锌矿先用稀硫酸溶解,然后过滤分离出矿渣,向所得溶液中加入过量Fe将Cu铜置换出来,得到海绵铜,向滤液中加入试剂甲、氨水除去铁,加氧化剂将Fe2+氧化成Fe3+,加氨水调节溶液的pH,过滤将其除去,再用NH4HCO3洗涤溶液,得到溶解度较小的碱式碳酸锌,最后焙烧得到ZnO,乙的溶液可直接用作氮肥,乙溶液为(NH42SO4

(1)相同条件下,溶解度大的物质先溶解,因在H2SO4的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶,则相同温度下:Ksp(CuS)<Ksp(ZnS),故答案为:<;

(2)除铁过程中,要将亚铁离子转化为铁离子,然后用氨水除去铁离子,试剂甲具有氧化性且不能引进新的杂质,高锰酸钾、硝酸、氯气都具有强氧化性但能引进新的杂质,所以应该选取双氧水,双氧水被还原生成水,故选C; 

(3)从图表数据可知,铁离子沉淀完全的pH为3.2,锌离子开始沉淀的pH为6.2.故除铁pH范围为:3.2~6.2,故答案为:3.2~6.2;

(4)铁离子和一水合氨反应生成氢氧化铁沉淀和铵根离子,离子方程式为Fe3++3NH3•H2O═Fe﹙OH)3↓+3NH4+,故答案为:Fe3++3NH3•H2O═Fe﹙OH)3↓+3NH4+

(5)锌离子开始沉淀时溶液的pH=6.2,溶液中c(OH-)=10-7.8 mol/L,c(Fe3+)==mol/L=2.7×10-15.6mol/L,故答案为:2.7×10-15.6

2.7×10-20.4

(6)因所用废酸为硫酸,乙又可作氮肥,所以乙为(NH42SO4

故答案为:(NH42SO4

(7)硫酸锌、碳酸氢铵和一水合氨反应生成碱式碳酸锌和硫酸铵、水,反应方程式为2ZnSO4+NH4HCO3+3NH3.H2O═Zn2(OH)2CO3↓+2(NH42SO4+H2O,故答案为:2ZnSO4+NH4HCO3+3NH3.H2O═Zn2(OH)2CO3↓+2(NH42SO4+H2O.

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碱式碳酸镁[一般以xMgCO3•yMg(OH)2•zH2O表示]密度小,几乎不溶于水,但在水中引起轻微的碱性反应.不溶于乙醇,常温下不会分解,是橡胶制品的优良填料.工艺流程如下图:

(1)回答下列问题:

①生石灰是以石灰石与焦炭混合煅烧生成,焦炭的作用是:______

②氢氧化镁浆液与CO2反应的化学方程式为:______

③碱式碳酸镁用乙醇洗涤的目的是:______

(2)已知:碱式碳酸镁分解反应方程式为:xMgCO3•yMg(OH)2•zH2(x+y)MgO+xCO2↑+(y+z)H2O

某同学将46.6g碱式碳酸镁样品置于硬质玻璃管中充分灼烧至恒重,残留固体质量为20.0g,将产生的气体先通过足量的浓硫酸,再通过足量的碱石灰,碱石灰质量增重17.6g.根据实验测定的数据,确定碱式碳酸镁[xMgCO3•yMg(OH)2•zH2O]的化学式(要求写出计算过程).

正确答案

解:(1)①CaCO3高温分解生成CaO和CO2,焦炭作燃料、提供能量,故答案为:作燃料、提供能量;

②CO2与Mg(OH)2反应后的产物经压滤得到反应的化学方程式为Mg(HCO32,Mg(OH)2+2CO2=Mg(HCO32

故答案为:Mg(HCO32,Mg(OH)2+2CO2=Mg(HCO32

③用乙醇洗涤可以除去表面杂质碱式碳酸镁,减少固体的损耗,故答案为:除去表面杂质、减少固体的损耗;

(2)残留固体为CaO,碱石灰吸收CO2,质量增加量为CO2的质量,可得:

n(Mg2+)=20.0g/40g•mol-1=0.5mol

n(CO2)=17.6g/44g•mol-1=0.4mol

据元素守恒得:

m(MgCO3)=0.4mol×84g•mol-1=33.6g

m[Mg(OH)2]=(0.5mol-0.4mol)=5.8g

n(H2O)=44.6g-33.6g-5.8g/18g•mol-1=0.4mol

x:y:z=4:1:4

则碱式碳酸镁的化学式为:4MgCO3•Mg(OH)2•4H2O,

故答案为:4MgCO3•Mg(OH)2•4H2O.

解析

解:(1)①CaCO3高温分解生成CaO和CO2,焦炭作燃料、提供能量,故答案为:作燃料、提供能量;

②CO2与Mg(OH)2反应后的产物经压滤得到反应的化学方程式为Mg(HCO32,Mg(OH)2+2CO2=Mg(HCO32

故答案为:Mg(HCO32,Mg(OH)2+2CO2=Mg(HCO32

③用乙醇洗涤可以除去表面杂质碱式碳酸镁,减少固体的损耗,故答案为:除去表面杂质、减少固体的损耗;

(2)残留固体为CaO,碱石灰吸收CO2,质量增加量为CO2的质量,可得:

n(Mg2+)=20.0g/40g•mol-1=0.5mol

n(CO2)=17.6g/44g•mol-1=0.4mol

据元素守恒得:

m(MgCO3)=0.4mol×84g•mol-1=33.6g

m[Mg(OH)2]=(0.5mol-0.4mol)=5.8g

n(H2O)=44.6g-33.6g-5.8g/18g•mol-1=0.4mol

x:y:z=4:1:4

则碱式碳酸镁的化学式为:4MgCO3•Mg(OH)2•4H2O,

故答案为:4MgCO3•Mg(OH)2•4H2O.

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