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填空题

(12分)海水是取之不尽用之不竭的化学资源,从海水中可提取多种化工原料,下图是某化工厂对海水资源综合利用的示意图。

(1)请写出电解食盐水的化学方程式                                        

(2)母液中含有K+Na+ Mg2+等阳离子,从图中可看出对母液进行一系列的加工可制得金属镁。

①石灰乳是生石灰与水作用形成的化合物,从充分利用当地海洋化学资源,提高生产与经济效益的角度考虑,生产生石灰的主要原料是               

②电解熔融氯化镁的化学方程式是                                            

③电解无水氯化镁所得的镁蒸气在特定的环境里冷却后可得固态的金属镁,下列物质中可以用作镁蒸气的冷却剂的是(填写代号)                 

A. H2               B. CO2         C.空气         D. Ar

(3)在该化工厂中,海水提取氯化钠后的母液经过提取氯化镁后又形成了新的母液,向新母液中加入氯气,又制取了重要的化工原料溴单质

①生成溴单质的化学反应的离子方程式是                                ,其中氧化剂是        

工业生产中将溴单质从混合物中分离出来应采用             (填实验方法)

②以下是对生产溴单质所用的氯气寻找货源的设想,其中合理的是          (填写代号)

A.从外地购买                 B.在当地新建生产厂

C.从本厂生产烧碱处循环        D.从本厂生产镁单质处循环

正确答案

(1)2NaCl+2 H2O2NaOH+ H2 ↑+Cl2

(2)①贝壳     ②MgCl2Mg +Cl2 ↑      ③AD

(3)①2Br-+ Cl2=Br2+2Cl-, 萃取    ②CD

试题分析:(1)电解食盐水得到NaOH、氢气、氯气,是氯碱工业的主要化学反应,要熟记;

(2)①要充分利用当地海洋化学资源,提高生产与经济效益,考虑海边上大量的贝壳主要成分是碳酸钙,使其高温分解可制得生石灰;②电解熔融氯化镁生成镁单质与氯气;③注意可用作镁蒸气的冷却剂不能和镁发生反应,所以选择AD;

(3)①新的母液中含有Br,通入氯气可以把Br氧化得到溴单质,此时溴溶在水中,可以用有机溶剂进行萃取使溴分离出来;②氯气的货源可从氯碱工业产物和电解氯化镁产物考虑。

点评:熟悉海水综合利用的方法,熟悉常见物质的性质

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填空题

(14分) 草酸亚铁用作分析试剂及显影剂等,其制备流程如下:

⑴配制(NH4)2Fe(SO4)26H2O溶液时,需加少量稀硫酸,目的是                 

⑵将制得的产品在氩气气氛中进行热重分析,结果如右图(TG%表示残留固体质量占原样品总质量的百分数)。

①则C处时残留物的化学式为            

②有研究学者在实验过程中用气相色谱还检出H2,最终产物中也有微量的磁性物质生成,请你猜想用一个方程式解释这种事实:                        

③现取在真空中146℃脱水后的FeC2O41.44g放在某真空的密闭容器中,再充入0.04molCO。加热至1100℃,其中FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)反应平衡常数K=0.4,则该反应达平衡时,FeO的转化率为多少?                            

(3)金属镁在国民生产中有重要作用,常以MgCl2为原料获取,温度和压强P(HCl)g对MgCl2·6H2O晶体热分解产物的影响如图所示。结合右图请回答下列问题:

①写出P(HCl)g = 0.25MPa,温度从300℃升高到550℃时反应的化学方程式        

②实际生产中,将MgCl2·6H2O晶体加热到600℃的过程中几乎得不到无水MgCl2,其原因是       ;若要得到无水MgCl2须采取的措施是                      。

正确答案

⑴抑制Fe2水解  ⑵①FeO

②3FeO(s)+H2O(g)Fe3O4(s)+H2(g)  ③71.4%

(3)①Mg(OH)Cl ="=" MgO + HCl↑                

②P(HCl)小,加热时Mg2+会发生水解,主要产物是MgO      

通入HCl气体,增大P(HCl),保证其分压大于0.75,抑制Mg2+水解。

(1)氩铁离子在水中会发生水解而使溶液显酸性,所以加入稀硫酸可防止水解。氩气性质稳定,常用作保护气,由图像可知在C处剩余固体的质量不再发生变化,所以最终的固体是FeO。磁性物质有关是Fe3O4,又因为还有氢气生成,所以方程式为3FeO(s)+H2O(g)Fe3O4(s)+H2(g)。FeC2O4在真空中分解的方程式为FeC2O4→FeO+CO↑+CO2↑,即1.44g可生成氧化亚铁、CO2、CO各是0.01mol。

FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)

起始量(mol)            0.01   0.05     0    0.01

转化量(mol)             x      x       x    x

平衡量(mol)          0.01-x   0.05-x   x    x+0.01

根据平衡常数的表达式可知,解得x=0.00714,所以其转化率是71.4%。

(2)由图像可知在是300℃时Mg(OH)Cl,当加热到550℃时,生成物是氧化镁和氯化氢,所以方程式为Mg(OH)Cl ="=" MgO + HCl↑。在常压下镁离子易水解生成氢氧化镁,灼烧即得到氧化镁。要得到无水MgCl2须防止水解,所以要通入氯化氢气体且要压强大于0.75Mpa。

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海洋是资源的宝库,海水中几乎存在所有的天然元素。海洋资源化学就是研究从海洋中提取化学物质的学科,除了研究从海洋中提取常量元素外,还研究从海洋中提取微量元素(浓度小于1mg/L)。

(1)海洋中含量最高的卤素元素在周期表中的位置为                      ;与其同周期相邻且单质为固体的元素原子的核外电子排布式为                   

(2)海洋中元素含量位于前列的元素有氧、氯、钠、镁、硫,其离子半径从大到小的顺序为        (用离子符号表示),其中形成的化合物中能发生潮解的是                   (用电子式表示)。

(3)微量元素铍在海水中主要以Be(OH)+形式存在,其性质与铝元素相似,目前是从绿宝石(主要成分为铍铝硅酸盐Be3Al2Si6O18)中提取,由于铍是航空、电子、汽车等工业不可替代的战略金属材料,因此海水提铍会成为海洋资源化学新的研究方向。请写出:

①铍铝硅酸盐的氧化物形式的化学式:                                     

②Be(OH)+与强碱溶液反应的离子方程式:                                   

(4)下列从海洋中提取或提纯物质的生产或实验流程中,不合理的是     (选填编号)。

a.海水提溴:海水浓缩溴蒸气液溴

b.海水提镁:海滩贝壳石灰乳MgO

c.海带提碘:海带灼烧滤液含碘有机溶液碘晶体

d.海盐提纯:海盐精盐滤液食盐晶体

正确答案

(本题8分)(1)第三周期ⅦA族  1s22s22p63s23p4

(2)S2->Cl->O2->Na+>Mg2+

(3)3BeO·Al2O3·6SiO2    Be(OH)++3OH-→BeO22-+ 2H2O   (4)bd(2分)

试题分析:(1)海洋中含量最高的卤素元素是氯元素,其原子序数是17,在周期表中的位置为第三周期ⅦA族;与其同周期相邻且单质为固体的元素是S,原子序数是16,根据构造原理可知S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4

(2)电子层数越多离子半径越大。在核外电子排布相同的条件下,离子半径随原子序数的增大而减小,所以氧、氯、钠、镁、硫,其离子半径从大到小的顺序为S2->Cl->O2->Na+>Mg2+。其中形成的化合物中能发生潮解的是氯化镁,含有离子键的离子化合物,其电子式是

(3)①再用氧化物形式表示时,活泼金属的氧化物在前面,然后以此类推,所以根据铍铝硅酸盐的化学式Be3Al2Si6O18可知,其氧化物形式可表示为3BeO·Al2O3·6SiO2

②由于铍元素以及化合物的性质与铝元素以及化合物的性质相似,所以根据氢氧化铝与氢氧化钠溶液反应的方程式可知,Be(OH)+与强碱溶液反应的离子方程式为Be(OH)++3OH-→BeO22-+ 2H2O。

(4)根据流程图可知,ac正确;工业电解氯化镁冶炼金属镁,而不是电解氧化镁,因为氧化镁的熔点太高,b不正确;d中氯化钡过量,引入了杂质Ba2离子,所以得不到纯净的氯化钠,应该先加氯化钡,后加碳酸钠,过滤后加入盐酸酸化,d不正确,答案选bd。

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简答题

【化学—选修2:化学与技术】(15分)

请回答氯碱工业的如下问题:

(1)氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k(质量比)生成的产品。理论上k=_______(要求计算表达式和结果);

(2)原料粗盐中常含有泥沙和Ca2、Mg2、Fe3、SO42等杂质,必须精制后才能供电解使用。精制时,粗盐溶于水过滤后,还要加入的试剂分别为①Na2CO3、②HCl(盐酸)③BaCl2,这3种试剂添加的合理顺序是______________(填序号)

(3)氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。在这种工艺设计中,相关物料的传输与转化关系如下图所示,其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过。             

①图中X是__    ___(填化学式),分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小_________;

②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应正极:______; 负极:_____;

③这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处)____________、____________。

正确答案

(15分)(1)k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=1:1.13或0.89(2分)

(2)③①②(2分)   (3)①Cl2(1分) a%小于b% (2分)

②O2+4e-+2H2O=4OH(2分)  H2-2e-+2OH-=2H2O (2分)

③燃料电池可以补充电解池消耗的电能(2分));提高产出碱液的浓度(2分;降低能耗(其他合理答案也给分)

(1)惰性电极电解饱和食盐水的方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2, ↑,根据方程式可知氯气和氢氧化钠的物质的量之比是1︰2,所以质量之比是)k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=0.89。

(2)由于除去SO42时要加入过量的氯化钡溶液,而过量的氯化钡需要碳酸钠除去,所以正确的操作顺序是③①②。

(3)①由于在燃料电池中失去电子的是氢气,所以Y是氢气,则X就是氯气。由于燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过,而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH,所以反应后氢氧化钠的浓度升高,即a%小于b%。

②负极是氢气失去电子,正极氧气得到电子,所以电极反应式分别为H2-2e-+2OH-=2H2O 、O2+4e-+2H2O=4OH-

③根据装置特点及反应过程可知,这样设计的优点是燃料电池可以补充电解池消耗的电能;提高产出碱液的浓度;降低能耗等。

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【化学选修-化学与技术】(15分)

电石浆是氯碱工业中的一种废弃物,其大致组成如下表所示:

用电石浆可生产无水CaCl2,某化工厂设计了以下工艺流程:

已知氯化钙晶体的化学式是:CaCl2·6H2O;H2S是一种酸性气体,且具有还原性。

⑴反应器中加入的酸应选用___________________。

⑵脱色槽中应加入的物质X是_______________;设备A的作用是______________;设备B的名称为________________;设备C的作用是____________________。

⑶为了满足环保要求,需将废气H2S通入吸收池,下列物质中最适合作为吸收剂的是____________         _。反应的化学方程式为_________________。

⑷将设备B中产生的母液重新引入反应器的目的是______________________。

⑸氯碱工业离子方程式_____________________。

正确答案

(2个方程式3分,第4问3分,其余均1分)盐酸

活性炭  蒸发浓缩  过滤器  脱水干燥

C   Ca(OH)2+H2S==CaS+2H2O

对母液回收利用 降低废弃物排放量 提高经济效益

2Cl-+2H2OH2+Cl2+2OH-(条件为通电,漏写条件给2分)

试题分析:(1)因为最终产品是CaCl2·6H2O,生产过程中不能引入新的杂质,所以应加入盐酸;

(2)活性炭具有吸附性,可以进行溶液脱水。A池后面接的是结晶池,故A应为蒸发浓缩;B中有母液出来,故B为过滤器。B中得到晶体,所以需要脱水干燥,才能得到CaCl2产品,所以设备C的作用是脱水干燥;

(3)H2S为酸性气体,应用碱液吸收,故选石灰乳,硫化氢与石灰乳反应生成硫化钙和水,反应的化学方程式为Ca(OH)2+H2S==CaS+2H2O

(4)设备B中产生的母液含有氯化物,回收利用,可以降低废弃物排放量,提高经济效益;

(5)氯碱工业是指电解饱和食盐水工业,离子方程式为2Cl-+2H2OH2+Cl2+2OH-

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