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题型:简答题
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简答题

某研究性学习小组模拟工业生产过程进行试验.请回答下列问题:

(1)用如图1所示的装置向500-600℃的铁屑中通入氯气制取无水氯化铁的实验中,实验开始前应如何检查装置的气密性______

(2)用如图2所示的装置向炽热铁屑中通入氯化氢制取无水氯化亚铁的实验中,装置A用来制取______.若仍用D的装置进行尾气处理,存在的问题是____________

若操作不当,制得的FeCl2 会含有少量FeCl3.欲制得纯净的FeCl2,在实验操作中应先______,再点燃C处的酒精灯.

(3)从明矾[KAl(SO42•12H2O]制备Al、K2SO4和H2SO4的流程如下:

①反应①的化学方程式是______

②从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体的方法是______.步骤③的化学方程式是______

③焙烧a吨明矾(摩尔质量为b g/mol),若SO2 的转化率为96%,可生产质量分数为98%的H2SO4质量为______吨(列出计算表达式).

正确答案

解:(1)装置气密性检验的原理是:通过气体发生器与附设的液体构成封闭体系,改变体系内压强,生成气泡或形成水柱是常用的方法,所以图1装置,检查装置的气密性,把B、D中导管下端浸入水中,用洒精灯给烧瓶微热,看到B、D中导管下口有气泡冒出,停止加热后,有一段稳定的水柱,说明装置不漏气,

故答案为:把B、D中导管下端浸入水中,用洒精灯给烧瓶微热,看到B、D中导管下口有气泡冒出,停止加热后,有一段稳定的水柱,说明装置不漏气;

(2)制取无水氯化亚铁,需要HCl气体,故A装置制取的是HCl,反应方程式为:Fe+2HClFeCl2+H2,故尾气的成分为未反应的HCl和生成的氢气,由于HCl极易溶于水,故若仍然采用D装置进行尾气处理,很容易造成倒吸,且缺少防止水蒸汽进入C中装置,氢气不溶于水,不利于氢气的吸收,氢气易燃,造成安全隐患,若要制取纯净的FeCl2,需先排净装置中的空气,防止在加热时Fe与O2反应,故先点燃A处的酒精灯,再点燃C处的酒精灯,

故答案为:HCl; 易发生倒吸,缺少防止水蒸汽进入C中装置; 通入氯化氢(赶尽装置中的空气);

(3)①“焙烧”过程中得到SO2与固体混合物,而固体混合物进行水浸,过滤得到Al2O3与K2SO4,则焙烧”过程中得到SO2、Al2O3、K2SO4,同时有水生成,发生反应为:4KAl(SO42•12H2O+3S2Al2O3+2K2SO4+9SO2↑+48H2O,

故答案为:4KAl(SO42•12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O;

②从溶液中获得晶体,需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作,步骤③为电解氧化铝,氧化铝熔点高,用冰晶石作助熔剂,电解氧化铝生成铝和氧气,反应为:2Al2O34Al+3O2↑,

故答案为:蒸发、结晶;2Al2O34Al+3O2↑;

③设可生产x吨质量分数为98%的硫酸,则:

4KAl(SO42•12H2O~9H2SO4

4×b              9×98

at×96%          xt×98%    解得:x=

故答案为:

解析

解:(1)装置气密性检验的原理是:通过气体发生器与附设的液体构成封闭体系,改变体系内压强,生成气泡或形成水柱是常用的方法,所以图1装置,检查装置的气密性,把B、D中导管下端浸入水中,用洒精灯给烧瓶微热,看到B、D中导管下口有气泡冒出,停止加热后,有一段稳定的水柱,说明装置不漏气,

故答案为:把B、D中导管下端浸入水中,用洒精灯给烧瓶微热,看到B、D中导管下口有气泡冒出,停止加热后,有一段稳定的水柱,说明装置不漏气;

(2)制取无水氯化亚铁,需要HCl气体,故A装置制取的是HCl,反应方程式为:Fe+2HClFeCl2+H2,故尾气的成分为未反应的HCl和生成的氢气,由于HCl极易溶于水,故若仍然采用D装置进行尾气处理,很容易造成倒吸,且缺少防止水蒸汽进入C中装置,氢气不溶于水,不利于氢气的吸收,氢气易燃,造成安全隐患,若要制取纯净的FeCl2,需先排净装置中的空气,防止在加热时Fe与O2反应,故先点燃A处的酒精灯,再点燃C处的酒精灯,

故答案为:HCl; 易发生倒吸,缺少防止水蒸汽进入C中装置; 通入氯化氢(赶尽装置中的空气);

(3)①“焙烧”过程中得到SO2与固体混合物,而固体混合物进行水浸,过滤得到Al2O3与K2SO4,则焙烧”过程中得到SO2、Al2O3、K2SO4,同时有水生成,发生反应为:4KAl(SO42•12H2O+3S2Al2O3+2K2SO4+9SO2↑+48H2O,

故答案为:4KAl(SO42•12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O;

②从溶液中获得晶体,需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作,步骤③为电解氧化铝,氧化铝熔点高,用冰晶石作助熔剂,电解氧化铝生成铝和氧气,反应为:2Al2O34Al+3O2↑,

故答案为:蒸发、结晶;2Al2O34Al+3O2↑;

③设可生产x吨质量分数为98%的硫酸,则:

4KAl(SO42•12H2O~9H2SO4

4×b              9×98

at×96%          xt×98%    解得:x=

故答案为:

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题型:填空题
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填空题

钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属,钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料.制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿,我国的钛铁矿储量居世界首位.含有Fe2O3的钛铁矿(FeTiO3)制取TiO2的流程如下:

(1)Ti的原子序数为22,Ti位于元素周期表中第______周期,第______族.

(2)步骤①加Fe的目的是______;步骤②冷却的目的是______

(3)上述制备TiO2的过程中,可以利用的副产物是______;考虑成本和废物综合利用因素,废液中应加入______处理.

(4)由金红石(TiO2)制取单质Ti,涉及到的步骤为:已知:

①C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=-393.5kJ•mol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g);△H=-566kJ•mol-1

③TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(s)+O2(g);△H=+141kJ•mol-1则TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(s)+2CO(g)的△H=______.反应TiCl4+2Mg=2MgCl+Ti 在Ar气氛中进行的理由是______

正确答案

ⅣB

将Fe3+还原为Fe2+

析出(或分离、或得到)FeSO4•7H2O

FeSO4•7H2O

石灰(或碳酸钙、废碱)

-80kJ•mol-1

防止高温下Mg(Ti)与空气中的O2(或CO2、N2)作用

解析

解:(1)Ti位于元素周期表中第四周期ⅣB族,故答案为:四;ⅣB;

(2)铁粉的作用是为了除去混合溶液中的Fe3+;步骤②冷却的目的由操作过滤和得到的物质是FeSO4•7H2O可得,是为降低FeSO4•7H2O的溶解度,

故答案为:将Fe3+还原为Fe2+;析出(或分离、或得到)FeSO4•7H2O;

(3)得到的副产物为FeSO4•7H2O,图示水浸过程生成H2TiO3同时生成的H2SO4溶液(TiOSO4+2H2O=H2TiO3+H2SO4),应加入碱性物质处理,可以是石灰(或碳酸钙、废碱),

故答案为:FeSO4•7H2O; 石灰(或碳酸钙、废碱);

(4)依盖斯定律,将③+①×2-②可得:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(s)+2CO(g),

△H=(+141kJ•mol-1)+2×(-393.5kJ•mol-1)-(-566kJ•mol-1)=-80 kJ•mol-1,Mg是活泼金属,能与空气中多种物质反应,因此可得出Ar气作用为保护气,防止Mg和空气中物质反应,

故答案为:-80 kJ•mol-1; 防止高温下Mg(Ti)与空气中的O2(或CO2、N2)作用.

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题型:简答题
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简答题

利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实.某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程.其设计的模拟装置如图:

根据要求填空:

(1)B装置有三种功能:

①均匀混合气体;②______;③______

(2)设V=x,若理论上欲获得最多的氯化氢,则x值应______

(3)D装置的石棉中均匀混有K I粉末,其作用是______

(4)E装置的作用是______(填编号)

A.收集气体    B.吸收氯气       C.防止倒吸    D.吸收氯化氢

(5)E装置除生成盐酸外,还含有有机物,从E中分离出盐酸的最佳方法为______(填分离方法名称)该装置还有缺陷,原因是没有进行尾气处理,其尾气主要成分为______ (填编号).

A.CH4   B.CH3C1   C.CH2C12   D.CHCl3  E.CCl4

正确答案

解:(1)生成的氯气中含有水,B装置除具有控制气流速度、均匀混合气体之外,因浓硫酸具有吸水性,还具有干燥作用,故答案为:干燥混合气体,控制流速;

(2)氯气与甲烷发生取代反应,反应特点是1mol氯气可取代1molH原子生成1molHCl,设=x,若理论上欲获得最多的氯化氢,则x值应保证甲烷被完全取代,x应大于或等于4,故答案为:大于或等于4;

(3)氯气具有氧化性,KI中-1价的碘能被氯气氧化,产物为氯化钾固体和碘单质,所以,D装置的石棉中均匀混有KI粉末,能吸收过量的氯气,故答案为:吸收过量的氯气;

(4)装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收不能排放到空气中,氯化氢易溶于水需要防止倒吸;

故答案为:CD.

(5)E装置中除了有盐酸生成外,还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳,二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水,能分层,可用分液分开;反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体,只有一氯甲烷是气体,还可能有过量的甲烷,可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等气体,应进行尾气处理,

故答案为:分液;A、B;

解析

解:(1)生成的氯气中含有水,B装置除具有控制气流速度、均匀混合气体之外,因浓硫酸具有吸水性,还具有干燥作用,故答案为:干燥混合气体,控制流速;

(2)氯气与甲烷发生取代反应,反应特点是1mol氯气可取代1molH原子生成1molHCl,设=x,若理论上欲获得最多的氯化氢,则x值应保证甲烷被完全取代,x应大于或等于4,故答案为:大于或等于4;

(3)氯气具有氧化性,KI中-1价的碘能被氯气氧化,产物为氯化钾固体和碘单质,所以,D装置的石棉中均匀混有KI粉末,能吸收过量的氯气,故答案为:吸收过量的氯气;

(4)装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收不能排放到空气中,氯化氢易溶于水需要防止倒吸;

故答案为:CD.

(5)E装置中除了有盐酸生成外,还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳,二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水,能分层,可用分液分开;反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体,只有一氯甲烷是气体,还可能有过量的甲烷,可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等气体,应进行尾气处理,

故答案为:分液;A、B;

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题型:简答题
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简答题

硼氢化钠(NaBH4)在化工等领域具有重要的应用价值,某研究小组采用偏硼酸钠NaBO2为主要原料制备NaBH4,其流程如图:

已知:NaBH4常温下能与水反应,可溶于异丙酸(沸点:13℃).

(1)在第①步反应加料之前,需要将反应器加热至100℃以上并通入氩气,该操作的目的是:______

(2)请配平第①步反应的化学方程式:

______NaBO2+______SiO2+______Na+______H2----______NaBH4+______Na2SiO3

(3)第②步操作需要的玻璃仪器有:______;第③步分离出NaBH4并回收溶剂,采用的操作方法是______

(4)NaBH4与水反应生成NaBO2,且反应前后B的化合价不变,该反应的化学方程式为:______,反应消耗1molNaBH4时转移的电子数目为______

正确答案

解:(1)NaBH4常温下能与水反应,且氢气和氧气混合加热易产生爆炸现象,为防止NaBH4水解、防止产生安全事故,需要将装置中的空气和水蒸气排出;

故答案为:除去反应器中的水蒸气和空气;

(2)该反应中H元素化合价由0价变为-1价、Na元素化合价由0价变为+1价,转移电子总数为4,根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式为:NaBO2+2SiO2+4Na+2H2═NaBH4+2Na2SiO3

故答案为:1;2;4;2;1;2;

(3)②中加入的溶剂是异丙酸,NaBH4溶解与异丙酸、Na2SiO3不溶于异丙酸,所以第②步分离采用的方法是过滤,需要的仪器有:烧杯、漏斗、玻璃棒;熔沸点相差较大的可以采用蒸馏方法,异丙酸沸点:33℃,将滤液采用蒸馏的方法分离,得到异丙酸和固体NaBH4

故答案为:烧杯、漏斗、玻璃棒;蒸馏;

(4)NaBH4与水反应生成NaBO2,且反应前后B的化合价不变,NaBO2中B元素化合价为+3价,所以NaBH4中H元素的化合价为-1价,所以H元素化合价由-1价、+1价变为0价,再结合转移电子守恒配平方程式为NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑,反应消耗1mol NaBH4时转移的物质的量=1mol×4×(1-0)=4mol,所以转移电子数为4NA或2.408×1024

故答案为:NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑;4NA

解析

解:(1)NaBH4常温下能与水反应,且氢气和氧气混合加热易产生爆炸现象,为防止NaBH4水解、防止产生安全事故,需要将装置中的空气和水蒸气排出;

故答案为:除去反应器中的水蒸气和空气;

(2)该反应中H元素化合价由0价变为-1价、Na元素化合价由0价变为+1价,转移电子总数为4,根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式为:NaBO2+2SiO2+4Na+2H2═NaBH4+2Na2SiO3

故答案为:1;2;4;2;1;2;

(3)②中加入的溶剂是异丙酸,NaBH4溶解与异丙酸、Na2SiO3不溶于异丙酸,所以第②步分离采用的方法是过滤,需要的仪器有:烧杯、漏斗、玻璃棒;熔沸点相差较大的可以采用蒸馏方法,异丙酸沸点:33℃,将滤液采用蒸馏的方法分离,得到异丙酸和固体NaBH4

故答案为:烧杯、漏斗、玻璃棒;蒸馏;

(4)NaBH4与水反应生成NaBO2,且反应前后B的化合价不变,NaBO2中B元素化合价为+3价,所以NaBH4中H元素的化合价为-1价,所以H元素化合价由-1价、+1价变为0价,再结合转移电子守恒配平方程式为NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑,反应消耗1mol NaBH4时转移的物质的量=1mol×4×(1-0)=4mol,所以转移电子数为4NA或2.408×1024

故答案为:NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑;4NA

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简答题

金属钛被称为铁和铝之后崛起的“第三金属”,常见化合价为+4.它是空间技术、航海、化工、医疗上不可缺少的材料.工业上用钛铁矿(主要成分FeTiO3)制备金属钛的一种工艺流程如图(部分产物略去):

(1)步骤①反应的化学方程式为:2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+2TiCl4+6CO,还  原剂是______,每生成1mol TiCl4转移______mol电子.

(2)步骤②分离出TiCl4的方法,利用了TiCl4与FeCl3______的不同.

(3)步骤④反应的化学方程式为______,该反应在氩气中进行的理由是______

(4)绿色化学提倡物料循环.以上流程中,可用于循环的物质除Cl2、Mg外,还有______

正确答案

解:(1)结合氧化还原的分析可知,C和FeTiO3所含元素化合价升高,是还原剂,氯气是氧化剂,当生成1mol TiCl4时,被还原的Cl2为3.5mol,转移电子的物质的量为3.5mol×2=7mol,故答案为:FeTiO3、C;7;

(2)可以通过加热蒸馏的方式分离TiCl4与FeCl3的混合物,说明两者存在沸点差异,故答案为:沸点;

(3)步骤④Mg和TiCl4生成MgCl2和Ti,反应的方程式为Mg+TiCl4MgCl2+Ti,选择在氩气中进行,是防止镁及钛与氧气发生氧化反应,故答案为:Mg+TiCl4MgCl2+Ti;防止Mg、Ti被氧化;

(4)步骤④生成的可用于电解MgCl2得到镁和氯气,可循环利用,故答案为:MgCl2

解析

解:(1)结合氧化还原的分析可知,C和FeTiO3所含元素化合价升高,是还原剂,氯气是氧化剂,当生成1mol TiCl4时,被还原的Cl2为3.5mol,转移电子的物质的量为3.5mol×2=7mol,故答案为:FeTiO3、C;7;

(2)可以通过加热蒸馏的方式分离TiCl4与FeCl3的混合物,说明两者存在沸点差异,故答案为:沸点;

(3)步骤④Mg和TiCl4生成MgCl2和Ti,反应的方程式为Mg+TiCl4MgCl2+Ti,选择在氩气中进行,是防止镁及钛与氧气发生氧化反应,故答案为:Mg+TiCl4MgCl2+Ti;防止Mg、Ti被氧化;

(4)步骤④生成的可用于电解MgCl2得到镁和氯气,可循环利用,故答案为:MgCl2

下一知识点 : 硝酸铜的制备
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