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简答题

【化学与技术】

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,减少环境污染。

 

请回答下列问题:

(1)Fe的原子序数为26,其最外层电子数为2,请写出铁原子结构示意图____。

(2)写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得到四氯化钛的化学方程式             

(3)氯碱厂获得Cl2的离子方程式为                                     

 

(4)由TiCl4→Ti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)为了减少产业链生产时产生的工业三废对环境的威胁,当NaCl与FeTiO3的物质的量之比为         时,理论上Cl2的利用率最大。

正确答案

(1)

(2)2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+2TiCl4+6CO

(3)2Cl- + 2H2O H2↑ + Cl2↑ + 2OH-

(4)1412 

(5)7:1

(1)铁位于元素周期表的第4周期第Ⅷ族,是过渡金属元素的代表,原子序数为26,电子层结构为

(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FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+2TiCl4+6CO;

(3)工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2,并以它们为原料生产一系列化工产品,称为氯碱工业。阳极反应:2Cl-2e=Cl2↑(氧化反应);阴极反应:2H+2e=H2↑(还原反应);因此,电解饱和食盐水的总反应可以表示为:2Cl+2H2OH2↑ + Cl2↑ + 2OH

(4)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2Cl+ 2H2OH2↑ + Cl2↑ + 2OH;再根据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,得出关系式2FeTiO3 ~ 7Cl2 ~ 14NaCl,所以为了减少产业链生产时产生的工业三废对环境的威胁,当NaCl与FeTiO3的物质的量之比为7:1时,理论上Cl2的利用率最大。

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填空题

合成氨工业中,原料气(N2、H2、混有少量CO、NH3)在进入合成塔之前,常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收CO,其反应为CH3COO[Cu(NH3)2]+CO+NH3

CH3COO[Cu(NH3)3]·CO(正反应为放热反应)。

(1)必须除去CO的原因是___________________________。

(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收原料气中CO的适宜条件是______________________。

(3)吸收CO后的醋酸铜(Ⅰ)氨溶液经适当处理又可再生,恢复其吸收CO的能力而循环使用,其再生的条件是______________________________。

正确答案

(1)防止CO使催化剂中毒 (2)高压、低温并于醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液中加入较浓氨水 (3)低压、高温

考查点二 合成氨的生产过程及反应原理

合成氨流程中的除杂,是为了除去能使催化剂中毒的物质,在合成氨的过程中必须除去CO,因为CO能使催化剂中毒。从吸收CO的化学方程式可得:吸收CO的反应是正反应为气体体积缩小的放热反应,因此为了使CO尽最大可能被吸收,应采取高压、低温的办法使平衡正向移动。要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生,即使平衡逆向移动,故必须采取低压、高温的办法。

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填空题

金属钛被称为铁和铝之后崛起的第三金属,它是空间技术、航海、化工、医疗上不可缺少的材料。

I、工业上用钛矿石(FeTiO3,含FeO、Al2O3、SiO2等杂质)经过下述反应制得:

其中,步骤②发生的反应为:2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。

(1)净化钛矿石时,是否需要除去杂质FeO?答:_________(填“需要”或“不需要”)

(2)净化钛矿石时,需用浓氢氧化钠溶液来处理,写出该过程中发生反应的离子方程式            

II、为了提高资源的利用率,减少环境污染,可将氯碱厂、炼钛厂和甲醇厂组成产业链,其关系如下图所示。

(3)写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式_________________________。

(4)已知:①Mg(s)+Cl2(g)=MgCl2(s);△H=一641 kJ·mol-1

②1/2Ti(s)+Cl2(g)=1/2TiCl4(l);△H=一385 kJ·mol-1

则Mg 与TiCl4反应的热化学方程式为                                 

该反应在氩气氛中进行的理由是                                

(5)在上述产业链中,合成192 t 甲醇理论上需额外补充H2          t (不考虑生产过程中物质的任何损失)。

正确答案

I.(1)不需要(2)Al2O3+2OH=2Al O2+H2O   SiO2+2OH=SiO32+H2O

II.(3)2FeTiO3+6C+7Cl2 2FeCl3+2TiCl4+6CO    

(4)2Mg(s)+TiCl4(l) ="==" 2MgCl2(s)+Ti(s);△H=-512 kJ·mol1

Mg和Ti都有强还原性,在Ar气氛中可以防止被氧化(5)10(3分)

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填空题

我国有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出):

填写下列空白:

(1)已知0.5 mol甲烷和0.5 mol水蒸气在t ℃,p k Pa时,完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气),吸收了a kJ热量,该反应的热化学方程式是       

(2)上述流程中,工业上分离H2 、CO2合理的方法是        

A混合气先通入氢氧化钠溶液,再在溶液中加盐酸

B混合气加压冷却,使CO2液化

C混合气用氨水洗涤

D混合气先通入到石灰浆,然后高温煅烧固体,

(3)为了保证氨气顺利合成,在空气进入合成塔之前必须对空气进行      ,目的是____________________;在合成氨的实际生产过程中,常采取将生成的氨从混合气体中分离出来,分离出氨的方法         。                        

(4)合理地利用资源不仅可以提高经济效益,而且也是对社会、对全人类负责的表现,阐述图中的两处可以合理利用资源情况                

正确答案

(1)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H="+2a" kJ/mol 

(2)B C

(3)净化;防止空气中某些杂质使催化剂中毒;液化氨(或分离液态氨)

(4)分离氨后的剩余气体可以循环利用,分离出的二氧化碳气体可用来合成尿素

(1)0.5mol甲烷和0.5mol水蒸气完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气),吸收了a kJ热量,则反应物各1mol完全反应吸收2aKJ热量,热化学方程式是CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H="+2a" kJ/mol。

(2)混合气先通入氢氧化钠溶液,再在溶液中加盐酸,生成的二氧化碳中混有HCl,A错;利用二者的沸点不同分离,混合气加压冷却,使CO2液化,从而分离,B正确;用氨水吸收二氧化碳,剩下的是氢气,C正确;混合气先通入到石灰浆,然后高温煅烧固体,操作比较复杂,不容易实现,D错;选BC。

(3)空气中的某些物质能是催化剂中毒,所以在空气进入合成塔之前必须对空气进行净化;实际生产过程中,常采用液化氨气,使氨气分离出来,促进平衡正移,提高反应物的转化率。

(4)合成氨的转化率较低,产物中有较多的原料气,循环使用;分离出的二氧化碳可以用来制备尿素。

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(15分)【化学——化学与技术】

(1)火山喷发所产生的硫黄可用于生产重要的化工原料硫酸。某企业用如图所示的工艺流程生产硫酸。

请回答下列问题:

①为充分利用反应放出的热量,接触室中应安装______________(填设备名称)。吸收塔中填充有许多瓷管,其作用是__________________________。

②为使硫黄充分燃烧,经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%。为提高SO2转化率,经流量计2的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5倍,则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为________。假设接触室中SO2的转化率为95%,b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为________。(空气中氧气的体积分数按0.2计),该尾气的处理方法是____________________________________________。

③与以硫铁矿为原料的生产工艺相比,该工艺的特点是________。

A.耗氧量减少        B.二氧化硫的转化率提高

C.产生的废气减少    D.不需要使用催化剂

(2)硫酸的用途非常广泛,可应用于下列哪些方面________(可多选)。

A.橡胶的硫化        B.表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成

C.铅蓄电池的生产    D.过磷酸钙的制备

(3)矿物燃料的燃烧是产生大气中SO2的主要原因之一。在燃煤中加入适量的石灰石,可有效减少煤燃烧时SO2的排放,请写出此脱硫过程中反应的化学方程式__________________________________________、______________________________、___________________________________________。

正确答案

(15分)

(1)①热交换器(1分) 使浓H2SO4与SO3充分接触(1分)

②6∶5(2分) 0.41% (2分)用氨水吸收(2分) ③A(2分)

(2)BCD(2分)

(3) CaCO3===CaO+CO2↑   SO2+CaO===CaSO3 2CaSO3+O2===2CaSO4(3分)

试题分析:(1)①SO2与O2的反应为放热反应,为了充分利用能量,应安装热交换器;吸引塔中填充许多瓷管,增大三氧化硫与浓硫酸的接触面,有利于三氧化硫的吸收。

②燃烧室中的反应为S+O2SO2,假设SO2的体积为x,则流量计1中通入氧气的体积为1.5x,接触室中的反应为2SO2 +O22SO3,则流量计2中通入氧气的体积为1.25x;流量计1中通入空气的体积为7.5x,流量计2中通入空气的体积为6.25x,故流经流量计1和流量计2的空气体积比应为7.5x∶6.25x=6∶5;燃烧室剩余空气6.5x,接触室剩余空气6.25x-x=5.775x,剩余SO2为0.05x,故b管尾气中SO2的体积分数为0.41%;SO2为酸性氧化物,可以用碱液(如氨水)吸收。

③硫铁矿中铁的氧化需要消耗O2,A项正确;原料选择与SO2的转化率无关,B项错误;用硫铁矿为原料产生的废渣较多,但废气量相同,C项错误;用SO2制取SO3的过程中都需要使用催化剂,D项错误。

(2)橡胶硫化所用到的为单质硫,A项错误;烷基苯磺酸钠中含有磺酸基,制取过程中需要发生磺化反应,B项正确;铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅,C项正确;过磷酸钙的制取过程中需要浓硫酸和磷矿石,D项正确。

(3)CaCO3高温分解生成CO2和CaO,SO2为酸性氧化物,可以和碱性氧化物CaO反应生成CaSO3,而CaSO3易被氧化为CaSO4,所以发生反应的化学方程式为:CaCO3===CaO+CO2↑   SO2+CaO===CaSO3 2CaSO3+O2===2CaSO4

下一知识点 : 从海水中提取重水——化学交换法
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