- 海水水资源的利用
- 共657题
减少SO2的排放、回收利用SO2成为世界性的研究课题。我国研究人员研制的利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收废渣高温焙烧产生的SO2，制备硫酸锰的生产流程如下：
浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn2＋，还含有少量的Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Pb2＋等其他金属离子。
有关金属离子的半径以及形成氢氧化物沉淀时的pH见下表，阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图。
已知PbO2的氧化性大于MnO2。请回答下列问题：
⑴ 写出浸出过程中主要反应的化学方程式 ，氧化过程中主要反应的离子方程式 。
⑵ 在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至 。
⑶ 阳离子吸附剂用于除去杂质金属离子。决定阳离子吸附剂吸附效果的因素是 （填写序号）。
a．溶液的pH b．金属离子的电荷 c．金属离子的半径 d．吸附时间
⑷ 操作a包括 等过程。
正确答案
⑴ SO2＋MnO2＝MnSO4 2Fe2＋＋MnO2＋4H＋＝2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O
⑵ 4.7～8.3
⑶ b c d
⑷ 蒸发浓缩结晶
本题以制备硫酸锰的生产流程为知识载体，考查化学反应的书写，及除杂中的问题。（1）从流程图看，浸出过程是软锰矿浆（MnO2）与SO2的反应。杂质离子中只有Fe2＋具有还原性，可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3＋。（2）杂质中含有Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Pb2＋四种阳离子，由沉淀的pH范围知，Fe2＋的沉淀与Mn2＋离子的沉淀所需的pH接近，而Fe3＋则相差很远，故可以将Fe2＋氧化成Fe3＋而除杂。从吸附率的图可以看出，Ca2＋、Pb2＋的吸附率较高，故只要调节pH值在4.7～8.3间，大于4.7可以将Fe3＋和Al3＋除去，小于8.3是防止Mn2＋也沉淀。（3）结合半径，分析右图知，图中离子从上至下，半径有减小趋势，对应的吸附率减小。随着时间的递增，所有离子的吸附率均增大；另Fe3＋和Al3＋离子所带电荷数大，其吸附率低。（4）由于制取的MnSO4·H2O含有结晶水，故采用蒸发浓缩结晶的方法。
下图表示的是侯氏制碱法工艺流程示意图。
请回答：
(1)母液Ⅱ中所溶解的主要物质是________(写物质的化学式)。母液Ⅱ中含有低浓度的Na2CO3，主要原因是__________________________
(2)向母液Ⅱ中通入气体时要先通氨气后通二氧化碳气体，主要原因是_______________________________________
(3)母液Ⅰ和母液Ⅱ中都通入NH3。①NH3的主要来源是__________；②母液Ⅰ中通入NH3的主要目的是____________；③母液Ⅱ中通入NH3的主要目的是__________________。
(4)工艺流程的“煅烧→纯碱”处，可设计____________的循环。
正确答案
(1)NaCl、NaHCO3和NH4Cl HCO3－电离出CO32－
(2)NH3在NaCl溶液中溶解度很大，CO2在氨化的溶液中溶解度大，先通NH3后通CO2可形成高浓度的HCO3－。若先通CO2再通NH3，由于CO2在NaCl溶液中溶解度很小，尽管NH3在碳酸化的溶液中溶解度大，也不能形成高浓度的HCO3－
(3)①合成氨厂 ②增大NH4＋的浓度，促进NH4Cl结晶析出 ③增大OH－的浓度，促进CO2的溶解，增大HCO3－的浓度
(4)二氧化碳(或CO2)
详见答案
（16分）工业上需要利用一批回收的含铜废料制造胆矾（CuSO4·5H2O）。该废料中各种成份含量如下：Cu和CuO约占87%，其它为Mg、Al、Fe、Si及其氧化物，还有少量的难溶物质。工艺流程为：
部分金属阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下表：
回答：
（1）步骤①中为什么要将含铜废料研磨成粉状？
。
（2）步骤②中的离子方程式（写出2个即可）：
、 。
步骤⑤中H2O2参加反应的离子方程式： 。
（3）步骤⑥中调节溶液pH时适宜的物质是 （填序号）；
A．NaOH B．氨水 C．Cu2(OH)2CO3 D．Cu(OH)2 E．MgCO3
步骤⑥中滤渣成份的化学式 。
（4）步骤⑦中用硫酸调节pH＝2～3的原因是 。
步骤⑧的分离方法是 。
正确答案
（16分）（1）增大固体反应物的表面积，增大化学反应的速率。（2分）
（2）2Al＋2OH－＋2H2O＝2AlO2－＋3H2↑； Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑；
Al2O3＋2OH－＝2AlO2－＋H2O； SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O 。
（每写出其中1个给2分，共4分，没气体符号扣1分，未配平0分）
2Fe2＋＋H2O2 ＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O （2分）
（3）C、D （2分） Fe(OH)3 （1分）
（4）加热蒸发浓缩时会导致Cu2＋发生水解生成Cu(OH)2，用硫酸调节pH＝2～3是为了抑制Cu2＋的水解，也不会引入杂质。 （2分） 蒸发浓缩，冷却结晶，过滤。（3分）
（1）将含铜废料研磨成粉状，可以）增大固体反应物的表面积，增大化学反应的速率。
（2）废料中能和氢氧化钠反应的是铝、硅、氧化铝和二氧化硅，所以方程式为2Al＋2OH－＋2H2O＝2AlO2－＋3H2↑、Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑、Al2O3＋2OH－＝2AlO2－＋H2O、SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O。双氧水的目的是氧化混合液中的亚铁离子，生成铁离子，以形成氢氧化铁沉淀而除去，所以方程式为2Fe2＋＋H2O2 ＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O。
（3）用于既要调节溶液的pH，又不能引入杂质，所以应该选择CD。通过控制溶液的pH以形成氢氧化铁沉淀，即步骤⑥中滤渣成份的化学式Fe(OH)3 。
（4）由于溶液中铜离子水解显酸性，加热蒸发浓缩时会导致Cu2＋发生水解生成Cu(OH)2，所以用硫酸调节pH＝2～3是为了抑制Cu2＋的水解，且也不会引入杂质。要从溶液中分离得到硫酸铜晶体，可以通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤即可。
(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。某企业用下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________(可多选)。
A．耗氧量减少 B．二氧化硫的转化率提高
C．产生的废渣减少 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
(1)①热交换器 增加SO3与浓硫酸的接触面积，有利于SO3的吸收 ②1.2 0.004 用氨水吸收 ③A、C
(2)B、C、D
(3)CaCO3
(1)①接触室中进行的反应为SO2的催化氧化，为放热反应，使用热交换器可以充分利用反应放出的热量，对原料气进行预热。吸收塔中填充瓷管的作用是增加接触面积。
②S＋O2=SO2参加反应的硫黄为1 mol，则经流量计1通入的氧气为1.5 mol，反应后气体总量为1.5 mol×5＝7.5 mol，
2SO2 ＋O2 
2 1 2 1
1 mol 0.5 mol
经流量计2通入的氧气为0.5 mol×2.5＝1.25 mol，则 
硫酸工业中，尾气SO2用氨水吸收，再用硫酸处理：SO2＋2NH3＋H2O=(NH4)2SO3，(NH4)2SO3＋H2SO4=(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O。生成的(NH4)2SO4可作肥料。
③硫铁矿的含硫成分为FeS2，硫元素被氧化生成SO2的同时，铁元素也被氧化生成Fe2O3(废渣)，与硫黄直接燃烧相比，耗氧量增加，产生的废渣也增加。
(2)橡胶的硫化是采用硫黄；合成烷基苯磺酸钠需要先合成烷基苯磺酸，而烷基苯磺酸通过烷基苯与浓硫酸的磺化反应生成；铅蓄电池用硫酸作为电解质溶液；过磷酸钙通过磷酸钙与硫酸反应制得。
(3)CaCO3
SO2＋CaO
2CaSO3＋O2=2CaSO4
CaSO3不稳定，在空气中容易被氧化成CaSO4。
（15分）三氯化铬是化学合成中的常见物质，三氯化铬易升华，在高温下能被氧气氧化。制三氯化铬的流程如下：
（1）重铬酸铵分解产生的三氧化二铬（Cr2O3难溶于水）需用蒸馏水洗涤，如何用简单方法判断其已洗涤干净________________。
（2）已知CCl4沸点为76．8 ℃，为保证稳定的CCl4气流，适宜的加热方式是________。
（3）用右图装置制备CrCl3时，反应管中发生的主要反应为Cr2O3＋3CCl4===2CrCl3＋3COCl2，则向三颈烧瓶中通入N2的作用为①____________________________；
②____________________________。
（4）Cr对环境会造成严重的污染，废水中的Cr3+可用石灰乳进行沉降，写出沉降的离子方程式________________________
正确答案
（1）最后一次洗涤的流出液呈无色（3分）
（2）水浴加热（并用温度计指示温度）（3分）
（3）赶尽体系中的氧气（3分） 鼓气使反应物进入管式炉中进行反应（3分）
（4）2Cr3++3Ca（OH）2=2Cr（OH）3↓+3Ca2+（3分）
（1）因为(NH4)2Cr2O7显桔红色，所以可以提供颜色来判断。
（2）因为CCl4沸点为76．8 ℃，温度比较低，因此保证稳定的CCl4气流，可以通过水浴加热来控制其流量。
（3）因为三氯化铬易升华，在高温下能被氧气氧化，所以为了防止氧化需要排进装置中的空气，同时又为了将反应物完全进入管式炉中反应，以提高其利用率。
（4）因为Cr3+易和OH－结合生成难溶性的沉淀，故反应的方程式为2Cr3++3Ca（OH）2=2Cr（OH）3↓+3Ca2+。
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