1、综合课时3化工流程型试验题(时间:45分钟)1(2022安徽理综,27)LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。某工厂用LiF、PCl5为原料,低温反应制备LiPF6,其流程如下:已知:HCl的沸点是85.0 ,HF的沸点是19.5 。(1)第步反应中无水HF的作用是_、_。反应设备不能用玻璃材质的缘由是_(用化学方程式表示)。无水HF有腐蚀性和毒性,工厂平安手册提示:假如不当心将HF沾到皮肤上,可马上用2%的_溶液冲洗。(2)该流程需在无水条件下进行,第步反应中PF5极易水解,其产物为两种酸,写出PF5水解的化学方程式_。(3)第步分别接受的方法是_;第步分别尾气中的HF、HCl接受的方法
2、是_。 (4)LiPF6产品中通常混有少量LiF。取样品w g,测得Li的物质的量为n mol,则该样品中LiPF6的物质的量为_mol(用含w、n的代数式表示)。解析(1)LiF(s)HF(l)=LiHF2(aq),即生成的LiHF2溶于无水液态HF中得饱和LiHF2溶液,无水HF的作用是作反应物和溶剂;由于玻璃材质的主要成分是SiO2,SiO2能和HF反应,反应设备不能用玻璃材质;由于NaHCO3溶液呈碱性能中和HF,且对皮肤腐蚀性小,可用2%的NaHCO3溶液冲洗沾到皮肤上的HF。(2)PF5中P、F元素的化合价分别为5价和1价,水解产物分别为H3PO4、HF,其水解反应的化学方程式为P
3、F54H2O=H3PO45HF。(3)第步分别的是固态LiPF6和液态HF,则接受的方法是过滤;由于HCl和HF的沸点差别较大,分别尾气中HF和HCl应接受冷凝液化的方法(HF冷凝为液体时,HCl仍为气体)。(4)设w g样品中含有LiPF6、LiF的物质的量分别为x、y,则有:解得:x mol。答案(1)反应物溶剂SiO24HF=SiF42H2ONaHCO3(2)PF54H2O=H3PO45HF(3)过滤冷凝(4)2(2022广东理综,32)石墨在材料领域有重要应用,某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3 (3.1%)和MgO(0.5%)等杂质,设计的提纯与综
4、合利用工艺如下:(注:SiCl4的沸点为57.6 ,金属氯化物的沸点均高于150 )(1)向反应器中通入Cl2前,需通一段时间N2,主要目的是_。(2)高温反应后,石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物,气体中的碳氧化物主要为_,由气体中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为_。(3)步骤为:搅拌、_、所得溶液中的阴离子有_。 (4)由溶液生成沉淀的总反应的离子方程式为_,100 kg初级石墨最多可获得的质量为_kg。 (5)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐,完成如图防腐示意图,并作相应标注。解析(1)向反应器中通入Cl2前,通一段时间N2的主要目的是排净反应器中的空气,作为疼惜气,防止石墨在高
5、温下被氧化。(2)初级石墨中的氧化物杂质主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO,经高温反应后,均转变为相应的氯化物,则氧元素与碳(过量)在高温下结合为CO,故气体中的碳氧化物主要为CO,80 冷凝气体,由于SiCl4的沸点为57.6 ,金属氯化物的沸点均高于150 ,故气体为SiCl4。SiCl4与NaOH溶液反应得到Na2SiO3、NaCl和H2O,其化学方程方式为SiCl46NaOH=Na2SiO34NaCl3H2O。(3)由(2)知,固体为AlCl3、FeCl3、MgCl2,加入过量NaOH溶液,Al3转变为AlO,而Fe3、Mg2转化为Fe(OH)3、Mg(OH)2沉淀,故步骤
6、为:搅拌、过滤,所得溶液中的阴离子有AlO、OH、Cl。(4)溶液中加入乙酸乙酯,消耗了OH,促进AlO的水解,最终转化为Al(OH)3沉淀,反应的离子方程式为CH3COOCH2CH3AlO2H2OAl(OH)3CH3COOCH3CH2OH,100 kg石墨中含Al2O3为5.1 kg,依据原子守恒Al(OH)3的质量为278 gmol17 800 g7.8 kg。答案(1)排出装置中的氧气,防止初级石墨被氧化(2)COSiCl46NaOH=Na2SiO34NaCl3H2O(3)过滤OH、AlO和Cl(4)CH3COOCH2CH3AlO2H2OAl(OH)3CH3COOCH3CH2OH7.8(
7、5)3(2021江苏,16)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探究。以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的试验流程如下:(1)MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为_。(2)加入H2O2氧化时,发生反应的化学方程式为_。(3)滤渣2的成分是_(填化学式)。(4)煅烧过程存在以下反应:2MgSO4C2MgO2SO2CO2MgSO4CMgOSO2COMgSO43CMgOS3CO利用下图装置对煅烧产生的气体进行分步吸取或收集。D中收集的气体是_(填化学式)。B中盛放的溶液可以是_(填字母)。aNaOH溶液 bNa2CO3溶液c稀硝
8、酸 dKMnO4溶液A中得到的淡黄色固体能与热的NaOH溶液反应,产物中元素的最高价态为4,写出该反应的离子方程式:_。解析(4)题目中要求利用图中装置进行气体的分步吸取或收集。煅烧后存在四种气体:S、SO2、CO2和CO。由可知A中得淡黄色固体,即S,B吸取SO2,C吸取CO2,D中收集CO。B吸取SO2但不吸取CO2,可选用KMnO4溶液,留意不能用NaOH溶液或Na2CO3溶液,由于它们吸取SO2的同时也吸取CO2,题目要求是分步吸取。中发生S与热的NaOH溶液反应,产生4价硫的化合物即Na2SO3,说明另外有硫元素的化合价降低,即有2价硫的化合物生成,其离子方程式为:3S6OH2S2S
9、O3H2O。答案(1)MgCO32H=Mg2CO2H2O(2)2FeSO4H2O2H2SO4=Fe2(SO4)32H2O(3)Fe(OH)3(4)COd3S6OH2S2SO3H2O4三氧化二镍主要用作陶瓷、玻璃、搪瓷等的着色颜料,也经常用于制造镍电池。现欲利用以下工艺流程回收某废旧含镍催化剂(主要成分为NiO,另含Fe2O3、CaO、CuO、BaO等)以生产Ni2O3(部分条件未给出)。(1)NiOOH中,Ni元素的化合价为_价。(2)“浸出渣”含有三种主要成分:CaSO42H2O、Ni(OH)2、物质a,其中“物质a”为_。(3)工艺流程中“副产品”的化学式为_,酸浸过滤所得的滤液中通入H2
10、S发生的氧化还原反应的离子方程式为_。(4)已知有关氢氧化物开头沉淀和沉淀完全的pH如下表:氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2开头沉淀的pH1.56.57.7沉淀完全的pH3.79.79.2操作B是为了除去滤液中的铁元素,某同学设计了如下试验方案:向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液,调整溶液pH为3.77.7,静置,过滤。请对该试验方案进行评价:_(若原方案正确,请说明理由;若原方案错误,请说明如何改正)。解析(1)NiOOH中,O元素的化合价为2价,H元素的化合价为1价,则Ni元素的化合价为3价;(2)含镍催化剂中含有BaO,因此加入稀硫酸确定会生成BaSO4沉淀;(3)工
11、艺流程中“副产品”是由CuS经灼烧、硫酸酸浸、结晶转化得到,故最终生成物为CuSO45H2O;酸浸过滤所得的滤液中含有Fe3,Fe3与H2S发生氧化还原反应。(4)由于操作A所得的滤液中铁元素以Fe2的形式存在,故在调整pH前,应先在滤液中加入H2O2,使溶液中的Fe2氧化为Fe3。答案(1)3(2)BaSO4(3)CuSO45H2O2Fe3H2S=2Fe22HS(4)方案错误。在调整pH前,应先在滤液中加入H2O2,使溶液中的Fe2氧化为Fe35氯酸镁Mg(ClO3)2常用作催熟剂、除草剂等,试验室制备少量Mg(ClO3)26H2O的流程如下:已知:卤块主要成分为MgCl26H2O,含有Mg
12、SO4、FeCl2等杂质。四种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如图所示。(1)过滤所需要的主要玻璃仪器有_。(2)加入BaCl2的目的是_,加MgO后过滤所得滤渣的主要成分为_。(3)加入NaClO3饱和溶液后发生反应的化学方程式为_。(4)产品中Mg(ClO3)26H2O含量的测定:步骤1:精确称量3.50 g产品配成100 mL溶液。步骤2:取10.00 mL于锥形瓶中,加入10.00 mL稀硫酸和20.00 mL 1.000 molL1的FeSO4溶液,微热。步骤3:冷却至室温,用0.100 molL1 K2Cr2O7溶液滴定剩余的Fe2至终点,此过程中反应的离子方程式为:Cr2
13、O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O。步骤4:将步骤2、3重复两次,平均消耗K2Cr2O7溶液15.00 mL。写出步骤2中发生反应的离子方程式:_;产品中Mg(ClO3)26H2O的质量分数为_。解析(1)过滤所需要的主要玻璃仪器有漏斗、烧杯和玻璃棒。(2)卤块中加入H2O2把其中的杂质FeCl2氧化为FeCl3,加入BaCl2的目的是使SO转化为BaSO4沉淀而除去,加入MgO调整pH4是为了促进Fe3水解转化为Fe(OH)3沉淀而除去,所以加MgO后过滤所得滤渣的主要成分为BaSO4、Fe(OH)3,此时滤液的主要成分是MgCl2。(3)依据图中信息,可知Mg(ClO3)2的溶解度
14、较大,而NaCl的溶解度较小,而NaClO3和MgCl2的溶解度居于二者中间,即MgCl2和NaClO3发生反应生成易溶的Mg(ClO3)2和溶解度更小的NaCl,由此可写出加入NaClO3饱和溶液后发生反应的化学方程式:MgCl22NaClO3=Mg(ClO3)22NaCl。(4)依据Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O,可计算出反应后剩余的Fe2的物质的量为0.100 molL10.015 L60.009 mol,则参与步骤2反应的Fe2的物质的量为1.000 molL10.02 L0.009 mol0.011 mol,依据步骤2反应的离子方程式ClO6Fe26H=Cl6Fe3
15、3H2O,可计算出10.00 mL样品溶液中含有Mg(ClO3)2的物质的量为0.011 mol9.17104 mol,则产品中Mg(ClO3)26H2O的质量分数为100%78.3%。答案(1)漏斗、玻璃棒、烧杯(2)除去SOBaSO4和Fe(OH)3(3)MgCl22NaClO3=Mg(ClO3)22NaCl(4)ClO6Fe26H=6Fe3Cl3H2O78.3%6我国制碱专家侯德榜先生潜心争辩制碱技术,制造了侯氏制碱法。制碱过程中重要的一步反应为NaClCO2NH3H2O=NaHCO3NH4Cl。工业上以侯氏制碱法为基础生产焦亚硫酸钠(Na2S2O5)的工艺流程如下:已知:反应包含2Na
16、HSO3Na2S2O5H2O等多步反应。(1)在进行反应时,往NaCl溶液中是先通入CO2还是先通入NH3?_(填“CO2”或“NH3”)。(2)“灼烧”时发生反应的化学方程式为_。(3)已知Na2S2O5与稀硫酸反应放出SO2,反应的离子方程式为_。(4)副产品X的化学式是_。生产中可循环利用的物质为_(填化学式)。(5)为了削减产品Na2S2O5中的杂质含量,理论上需把握反应中气体与固体反应物的物质的量之比为_。检验产品中是否含有碳酸钠杂质,所需试剂是_(填编号)。酸性高锰酸钾溶液品红溶液澄清石灰水饱和碳酸氢钠溶液NaOH溶液稀盐酸解析(1)CO2在氨水中的溶解度较大,在水中的溶解度较小,
17、所以应先通入氨气,以增大CO2的溶解量。(2)在空气中“灼烧”CuS时,生成CuO和SO2。(3)S2O中的硫显4价,与H发生非氧化还原反应生成SO2和H2O。(4)黑色固体是CuO,与硫酸反应得到CuSO4溶液,结晶后得到CuSO45H2O。反应消耗CO2,反应产生CO2,故CO2可循环利用。(5)反应中,气体反应物是SO2,固体反应物是Na2CO3,产物是Na2S2O5,依据物料守恒原理,可知理论上二者的物质的量之比为21时,产物中杂质含量较小。检验产品中是否含有碳酸钠杂质时,应先加入稀盐酸,将产生的气体通过足量酸性高锰酸钾溶液以除去SO2,再将剩余气体通过澄清的石灰水,看是否有沉淀生成。答案(1)NH3(2)2CuS3O22CuO2SO2(3)S2O2H=2SO2H2O(4)CuSO45H2OCO2(5)21(或)