第八讲工业流程

工业流程题1工业流程题1．来源：2011年普通高等学校招生全国统一考试理综化学（四川卷）开发氢能是实现社会可持续发展的需要。硫铁矿（FeS2）燃烧产生的SO2通过下列碘循环工艺过程既能制H2SO4，又能制H2。请回答下列问题：（1）已知1gFeS2完全燃烧放出7.1kJ热量，FeS2燃烧反应的热化学方程式为______________。（2）该循环工艺过程的总反应方程式为_____________。（3）用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是____________。（4）用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料（用MH）表示），NiO（OH）作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)+MH放电充电2Ni(OH)+M①电池放电时，负极的电极反应式为____________。②充电完成时，Ni(OH)2全部转化为NiO(OH）。若继续充电将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极的电极反应式为______________。【答案】（1）4FeS2(s)+11O2(g)高温2Fe2O3(s)+8SO2(g)；ΔH=-3408kJ／mol（2）SO2+2H2O=H2SO4+H2（3）促使平衡向右移动，有利于碘和氢气的生成（4）①MH－e－+OH－=H2O+M②4MH+O2+4e－=2H2O+4M-【解析】(1)根据正比关系可算出4molFeS2反应放出的热量为3408kJ，可写出该反应的热化学方程工业流程题2式。(2)从流程图中可看出I2可以循环使用，所以总反应为SO2+2H2O═H2SO4+H2。(3)使用膜分离器分离出H2，减小了生成物中c(H2)的浓度，使平衡正向移动，可以提高HI的分解率。(4)①放电时MH在负极发生氧化反应，由于电解液呈碱性，其电极反应式为MH+OH－－e－═M+H2O；②阴极发生还原反应，根据题中信息不难判断出是O2被还原生成OH－。2．来源：2010年普通高等学校招生全国统一考试化学（海南卷）Ⅰ固硫剂是把煤燃烧时生成的二氧化硫以盐的形式固定在炉渣中的物质，可减少二氧化硫对大气的污染。下列物质中可用做固硫剂的有A．CaOB．Na2CO3C．NH4NO3D．P2O5Ⅱ以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：请回答下列问题：(1)在炉气制造中，生成SO2的化学方程式为______________________________；(2)炉气精制的作用是将含SO2的炉气_______________、_______________及干燥，如果炉气不经过精制，对SO2催化氧化的影响是____________________________________：(3)精制炉气(含SO2体积分数为7％、O2为ll％、N2为82％)中SO2平衡转化率与温度及压工业流程题3强关系如下图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃；左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是______________________________、______________________________；(4)在SO2催化氧化设备中设置热交换器的目的是_______________、_______________，从而充分利用能源。【答案】IA．BII(1)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2(2)除尘、水洗；矿尘，砷、硒等化合物导致中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响(3)不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的能量多；SO2原料的转化率在1个大气压下的转化率已经是97%左右。再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用一个标准大气压即可。不选择C点，因为温度越低，SO2转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受到影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，不选C点(4)利用反应放出的热量预热原料气，上层反应气经过热交换器温度降到400-500℃进入下层使反应更加完全【解析】I只要可与SO2作用生成含硫固体，从而达到消除污染的目的的物质就可用作固硫剂，结合选项可知CaO可与SO2生成CaSO3、Na2CO3与SO2作用可生成Na2SO3，NH4NO3、P2O5均不能与SO2作用，因此答案为A、B。II黄铁矿在沸腾炉中与氧气反应生成Fe2O3与SO2。(2)炉气精制的作用是将含有SO2的炉气除尘、净化、冷却以及干燥；如不经过精制，炉气中的杂质(矿尘，砷、硒等化合物)会造成催化剂中毒；水蒸气对设备和生产有不良影响。(3)B点的压强是1MPa，压强太大，对设备要求高，投资大，消耗的能量大。SO2的转化率在A点已是97％左右，升高压强，SO2的转化率提高幅度不大，所以采用A点条件而不使用B点条件；不选C点是因为虽然温度越低，SO2的转化率越高，但催化剂的催化作用受温度影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选A点不选C点。(4)使用热交换器可以充分利用SO2催化氧化反应放出的热量来提高精制炉气的温度，以达到最佳催化效果；同时降低生成SO3的温度，以利于吸收，循环利用，节约能源。高温工业流程题43．来源：2010年普通高等学校招生全国统一考试化学（江苏卷）钡盐行业生产中排出大量的钡泥(主要含有3BaCO、3BaSiO、3BaSO、22Ba(FeO)等)。某主要生产2BaCl、3BaCO、4BaSO的化工厂利用钡泥制取32Ba(NO)，其部分工艺流程如下：(1)酸溶后溶液中pH=1，22Ba(FeO)与3HNO的反应化学方程式为。(2)酸溶时通常控制反应温度不超过070C，且不使用浓硝酸，原因是、。(3)该厂结合本厂实际，选用的X为(填化学式)；中和I使溶液中(填离子符号)的浓度减少(中和Ⅰ引起的溶液体积变化可忽略)。(4)上述流程中洗涤的目的是。【答案】(1)Ba(FeO2)2+8HNO3=Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O(2)防止反应速率过快浓HNO3易挥发、分解(3)BaCO3Fe3+、H+(4)减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染【解析】首先分析工艺流程各步骤的意义。①酸溶转化成钡盐；②调pH=4～5除铁；③调pH=7中和剩余酸；④过滤除去以上几步产生的杂质，得Ba(NO3)2滤液；⑤洗涤回收废渣中可溶的钡盐。(1)Ba(FeO2)2可以写成BaO·Fe2O3的形式，因此HNO3与Ba(FeO2)2的反应可以看成是HNO3与BaO和Fe2O3的反应，故反应方程式为：Ba(FeO2)2+8HNO3═Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O。(2)硝酸的浓度太大会使反应速率过快，而且浓硝酸不稳定、易挥发。(3)能与酸反应的该化工厂产品只有BaCO3，故X为BaCO3，溶液的pH=4～5时，Fe3+首先生成Fe(OH)3沉淀。(4)可溶性钡盐有毒，会污染环境，因此应该洗涤除去废渣中的可溶性钡盐。4．来源：2012年普通高等学校招生全国统一考试理综化学（新课标卷）工业流程题5【化学——选修2化学与技术】由黄铜矿（主要成分是CuFeS2）炼制精铜的工艺流程示意图如下：（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到l000℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式分别是、，反射炉内生成炉渣的主要成分是；（2）冰铜（Cu2S和FeS互相熔合而成）含Cu量为20％～50％。转炉中，将冰铜加熔剂（石英砂）在1200℃左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2O。生成的Cu2O与Cu2S反应，生成含Cu量约为98.5％的粗铜，该过程发生反应的化学方程式分别是、。（3）粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为。【答案】（1）Cu2FeS2＋O2Cu2S＋2FeS＋SO22FeS＋3O22FeO＋2SO2FeSiO3（2）2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑（3）c；Cu2＋＋2e－=Cu；Au、Ag以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe2+的形式进入电解液中5．来源：2009年普通高等学校招生全国统一考试化学（江苏卷）医用氯化钙可用于生产补钙、抗过敏和消炎等药物。以工业碳酸钙（含有少量高温高温高温高温工业流程题6+3+3+NaAlFe、、等杂质）生产医药级二水合氯化钙（22CaCl2HO的质量分数为97.0%~103.0%）的主要流程如下：(1)除杂操作是加入氢氧化钙，调节溶液的pH为8.0~8.5，以出去溶液中的少量3+3+AlFe、。检验3Fe(OH)是否沉淀完全的试验操作是。(2)酸化操作是加入盐酸，调节溶液的pH约为4.0，其目的有：①将溶液中的少量22Ca(OH)CaCl转化为；②防止2+Ca在蒸发时水解；③。(3)测定样品中-Cl含量的方法是：a.称取0.7500g样品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b.量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；c.用0.05000-1molL3AgNO溶液滴定至终点，消耗3AgNO溶液体积的平均值为20.39mL。①上述测定过程中需要溶液润洗的仪器有。②计算上述样品中22CaCl2HO的质量分数为。③若用上述办法测定的样品中22CaCl2HO的质量分数偏高（测定过程中产生的误差可忽略），其可能原因有；。【答案】(1)取少量上层清液，滴加KSCN溶液，若不出现血红色，则表明Fe(OH)3沉淀完全。(2)防止溶液吸收空气中CO2(3)①酸式滴定管②99.9%③样品中存在少量的NaCl少量的22CaCl2HO失水【解析】(1)实质是检验Fe3+是否存在的，应选用KSCN溶液。(3)①标准液为硝酸银溶液。所以用酸式滴定管。在使用前应先进行润洗。②可以根据消耗硝酸银的体积和物质的量浓度计算消耗掉的物质的量，而到达滴定终点时生成氯化银的物质的量等于消耗硝酸银的物质的量。n(AgCl)～0.5n(CaCl2·2H2O)，据此可以算出实际的CaCl2·2H2O的物质的量，进而求出质量。注意的是我们是从250mL中取25mL，所以在计算时注意这一点，就不会错了。③样品中存在少量的NaCl，据n(AgCl)～0.5n(CaCl2·2H2O)，CaCl2·2H2O的物质的量增大。同样若工业流程题7CaCl2·2H2O失水导致分母变小，值偏大。6．来源：2006年普通高等学校招生全国统一考试化学（广东卷）氧化铜有多种用途，如作玻璃着色剂、油类脱硫剂等。为获得纯净的氧化铜以探究其性质，某同学用工业硫酸铜（含硫酸亚铁等杂质）进行如下实验：⑴制备氧化铜①步骤Ⅰ的目的是除不溶性杂质，操作是：____________________________________。②步骤Ⅱ的目的是除铁，操作是：滴加H2O2溶液，稍加热；当Fe2+完全转化后，慢慢加入Cu2(OH)2CO3粉末，搅拌，以控制pH=3.5；加热煮沸一段时间，过滤，用稀硫酸酸化滤液至pH=1。控制溶液pH=3.5的原因是：_____________________。③步骤Ⅲ的目的是得到CuSO4·5H2O固体，操作是：____________、过滤、水浴加热烘干。水浴加热的特点是：____________________________________________。⑵探究氧化铜的性质①取A、B两支试管，往A中加入适量的CuO粉末，再分别向A和B加入等体积3%H2O2溶液，只观察到A中有大量气泡，结论是：___________________________________。②为探究试管A中的反应速率，收集气体并测定其体积必需的实验仪器有：_____________________。【答案】(1)①称量、溶解、过滤；②既促