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题型突破(四) 生产实际分析
生产实际分析类试题实质是把工业上的一些生产原理结合初中化学知识进行考查。一般此类题考查的是学生对流程图的信息提取以及对陌生流程的综合分析能力。考查的问题多样,有生产方程式书写、元素化合价计算、反应流程中物质的作用、操作目的、可循环利用的物质等。
类型一 流程类
1.[2018·海淀一模节选]NSR技术通过BaO和Ba(NO3)2 的相互转化实现NOx(氮氧化物)的储存和还原,能有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NOx排放。其工作原理如图T4-1所示。
图T4-1
(1)储存时,部分NO和O2在一定条件下发生化合反应生成NO2,该反应的化学方程式为
;吸收NOx(如NO、NO2)的物质是 。
(2)还原时,存在如下反应:
5CO+Ba(NO3)2N2+BaO+5CO2
若有28 g CO参与反应,则生成CO2的质量为 g。
2.[2019·石景山一模]许多制药厂、化工厂在生产中会产生大量的铁泥(主要含Fe、FeO、Fe2O3等物质),若以铁泥为原料制备FeSO4·7H2O,可实现废物利用。其主要流程如下。
图T4-2
已知:FeO+H2SO4FeSO4+H2O;Fe+Fe2(SO4)33FeSO4。
(1)酸浸过程中铁发生反应的化学方程式为 。
(2)还原过程中,元素化合价发生改变的是 。
(3)产品在结晶前需要调节pH。若pH过高需要加入 进行调节。
3.[2019·海淀一模]高纯度硅(Si)是集成电路核心电子元器件的主要材料。工业上冶炼粗硅(Si和杂质)制取高纯度硅的简易流程如图T4-3所示。
图T4-3
(1)①中反应为SiO2+2CSi+2CO↑,其中化合价发生改变的元素是 。
(2)②中发生了化合反应,请写出该反应的化学方程式: 。
(3)④中反应为SiCl4+2H2Si+4HCl,若要制得28 t高纯度硅,理论上需要的氢气质量为 t。
4.[2019·丰台一模]化学链燃烧是一种绿色的、高效的燃烧方式,燃料不直接与空气接触。图T4-4是某科研组利用金属镍(Ni)进行化学链燃烧的流程图。
图T4-4
(1)空气反应器中,Ni在一定条件下转化成NiO的化学方程式为 。
(2)燃料反应器中发生的部分化学反应如下:
Ⅰ.H2+NiONi+H2O
Ⅱ.CO+NiONi+CO2
其中属于置换反应的是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(3)该流程中可以循环利用的物质是 。
5.[2019·东城一模]工业上用菱锰矿[主要成分为MnCO3,含FeCO3、Cu2(OH)2CO3、SiO2等杂质]为原料来制取二氧化锰。其生产流程示意图如下:
图T4-5
回答下列问题。
(1)将滤液与滤渣分离的操作是 。
(2)向菱锰矿中加入盐酸,MnCO3、FeCO3、Cu2(OH)2CO3都溶解并转化为MnCl2、FeCl2、CuCl2。盐酸与MnCO3反应的化学方程式为 。
(3)加入生石灰将溶液pH调至4,此时溶液呈 (填“酸性”或“碱性”)。
(4)加入双氧水将铁元素转化为Fe(OH)3沉淀,其反应为:2FeCl2+H2O2+4H2O2Fe(OH)3↓+4HCl。该反应化合价发生变化的元素是氧和 。
(5)加入Na2S、MnS等硫化物,均可将MnCl2中混有的CuCl2转化为CuS沉淀除去,但实际生产中选用MnS,其原因是 。
6.[2019·昌平二模]软锰矿在生产中有广泛的应用。具体流程如下:
图T4-6
(1)酸浸过程中发生的主要反应如下,将该反应的化学方程式补充完整:2FeS2+3MnO2+6H2SO43MnSO4+ Fe2(SO4)3+4S+ 。
(2)上述含锰元素的物质中,属于氧化物的是 。
(3)生成MnCO3的反应物为 。
7.[2018·石景山一模]氯化钙应用广泛,以石灰石(杂质主要是Fe2O3、MgSO4)为原料生产氯化钙的流程如下:
图T4-7
已知:BaCl2+MgSO4BaSO4↓+MgCl2 Ca(OH)2+MgCl2Mg(OH)2↓+CaCl2
3Ca(OH)2+2FeCl32Fe(OH)3↓+3CaCl2
(1)氧化铁与盐酸反应的化学方程式为 。
(2)滤液1中的溶质有HCl、FeCl3、MgSO4和 。
(3)滤液2中加入Ca(OH)2是为了除去
(填序号,下同)。
A.MgCl2 B.FeCl3 C.HCl
(4)滤液3呈碱性,为使溶液pH降低,可加入适量的 。
A.NaCl B.NaOH C.盐酸
8.[2018·东城二模]最近科学家提出了一种“绿色自由”构想,先把空气吹入碳酸钾溶液中,再把二氧化碳从溶液中提取出来,在合成塔中转化为甲醇(CH3OH)。具体流程如下:
图T4-8
已知:CO2+K2CO3+H2O2KHCO3
(1)吸收池的作用是 。
(2)碳酸氢钾(KHCO3)在分解池中发生分解反应,其反应条件是 。
(3)合成塔中反应的化学方程式是 。
(4)如果空气不经过吸收池和分解池,直接通入合成塔,从安全的角度考虑不可行,理由是 。
9.[2018·石景山二模]复印用的墨粉中含有Fe3O4粉末。制备Fe3O4的主要流程如下:
图T4-9
(1)①中发生反应的化学方程式为 。
(2)试剂X为 。
(3)操作Y为 。
(4)流程③反应前后,各物质中元素化合价发生改变的是 (填元素符号)。
10.矿山废水中含有大量的H2SO4和CuSO4,直接排放会影响水体酸碱性,并造成重金属污染。通过处理可以回收金属铜,并使废水pH和重金属含量达到排放标准。具体流程如下:
图T4-10
已知:步骤Ⅰ无蓝色沉淀生成。
(1)步骤Ⅱ和步骤Ⅲ都需进行的操作是 。
(2)步骤Ⅱ得到金属铜的化学反应方程式为 。
(3)加入Ca(OH)2可以降低铁屑的消耗量,原因是 (请用文字并结合化学方程式解释)。
(4)步骤Ⅲ需加入Na2S才能使废水达到排放标准,由此推测废水③不达标的主要原因是其中含有 。
11.六水合硫酸镍(NiSO4·6H2O)是一种绿色易溶于水的晶体,是一种重要的工业原料,可由含镍、铜、铁的电镀废渣为原料获得。主要流程如下:
图T4-11
(1)分离出铜和其他杂质的操作是 。
(2)电镀废渣中Fe与物质A发生反应的化学方程式为 。
(3)NiCO3沉淀转化为NiSO4溶液发生反应的化学方程式为 。
类型二 设备类
12.[2019·北京]利用电石渣[主要成分为Ca(OH)2、MgO]制备硫酸钙的主要工艺流程如下:
图T4-12
已知:MgO难溶于水;MgSO4易溶于水;CaSO4微溶于水。
(1)反应器中搅拌的目的是 。
(2)反应器中发生的反应主要有MgO+H2SO4MgSO4+H2O和 。
(3)上述流程中,用于分离提纯的设备有 。
13.利用燃煤烟气生产Na2SO4和化工原料乙烯(C2H4)的工艺流程如下:
图T4-13
(1)Na2SO4制备装置中,参加反应的物质有 。
(2)Na2SO4制备装置中,反应前后化合价发生改变的元素是 。
(3)乙烯制备装置中,反应的化学方程式为 。
14.[2019·朝阳二模]采用海水脱硫技术吸收燃煤烟气中的SO2,其主要设备及流程如下:
图T4-14
(1)海水脱硫设备中,排出的海水呈碱性的是 。
A. 海水泵 B.吸收塔 C.曝气池① D.曝气池②
(2)向曝气池①内通入空气后,主要有两个化合反应发生,写出其中一个反应的化学方程式: 。
(3)曝气池②排出的海水中不含H2SO4的原因是 (用化学方程式表示)。
15.[2019·西城二模]硝酸锂(LiNO3)用于制造荧光体。其制备的主要流程如下:
图T4-15
(1)反应釜1中逸出的气体X是 。
(2)反应釜2中发生的反应属于基本反应类型中的 。
(3)蒸发结晶设备流出的LiNO3溶液是 (填“饱和”或“不饱和”)溶液。
16.[2019·西城一模]为保护绿水青山,可将工业含铜废酸液(主要成分为CuSO4和H2SO4)进行无害化处理,制取硫酸钡(BaSO4)和硫化铜(CuS)。主要流程如下:
图T4-16
资料:BaSO4、CuS难溶于水且不与稀硫酸反应;Cu(OH)2难溶于水,可与稀硫酸反应。
(1)反应釜1中需不断搅拌,其目的是 。
(2)从过滤器中分离出滤渣的成分为 。
(3)反应釜3中发生复分解反应的化学方程式为 。
17.[2019·丰台二模]金属钨(W)可作白炽灯泡的灯丝。用黑钨矿(主要含FeWO4)制得金属钨的工艺流程如图T4-17所示:
图T4-17
(1)将黑钨矿石碾成粉末,目的是 。
(2)酸浸槽中,Na2WO4溶液和浓盐酸发生复分解反应,则X的化学式为 。
(3)还原炉中,发生反应的化学方程式为3H2+WO3W+3H2O,该反应中化合价改变的元素是 。
18.[2019·海淀二模]为减少燃煤电厂烟气中CO2的排放,可采用喷氨法,同时产出NH4HCO3肥料。主要流程如图T4-18所示:
图T4-18
(1)氨水箱和烟气吸收塔中发生的总反应为NH3+H2O+CO2NH4HCO3,该反应所属的基本反应类型为
反应。
(2)用该方法吸收22 t CO2后,理论上最多能产出NH4HCO3 t。
(3)下列说法正确的是 (填序号)。
A. 原料NH3中,N元素的化合价为+3
B.净化气中CO2的含量低于烟气
C.经分离器得到的NH4HCO3溶液为该温度下的饱和溶液
19.[2018·北京]为保护绿水青山,可将工业残留的钡渣[主要成分为碳酸钡(BaCO3)]进行无害化处理,制取化工原料硫酸钡(BaSO4)。主要流程如下:
图T4-19
已知:BaSO4难溶于水,氯化钡(BaCl2)可溶于水。
(1)粉碎钡渣的目的是 。
(2)反应釜1中的气体X为 。
(3)反应釜2中发生复分解反应的化学方程式为 。
20.[2018·西城一模]工业上制造高纯度CaO的主要流程示意图如下:
图T4-20
(1)CaCO3中碳元素的化合价是 。
(2)反应釜中发生的反应属于复分解反应,其化学方程式是 。
(3)焙烧炉中,CaCO3在1 000 ℃可分解得到高纯度CaO。理论上5 t CaCO3制出CaO的质量是 t。稍冷后,取出CaO立即放入干燥器,其原因是 (用化学方程式表示)。
21.[2018·东城一模]由煤制氢气的技术发展已有200年历史。某实验室提出了一种煤制氢技术。其流程如图T4-21所示。
图T4-21
(1)水煤浆是由煤(主要含碳)与水混合而成,经过气化器后转化为CO2和H2。在气化器中发生了两个反应(反应条件已省略):①C+H2OCO+H2;②□+□CO2+H2。
①的基本反应类型是 ;②的化学方程式是 。
(2)重整器的作用是 。
(3)燃料电池里发生的反应为2H2+O22H2O,为了维护电池的正常工作,需要定期排放所生成的水。100 kg氢气通入燃料电池,理论上可生成水 kg。
22.氧化锌是一种常用的化学添加剂,广泛应用于药膏、阻燃剂等产品的生产中。由锌灰(主要成分是Zn)生产活性ZnO的部分生产流程如下:
图T4-22
(1)酸浸槽中,Zn与稀硫酸反应的化学方程式为 。
(2)混合溶液A中一定含有的溶质是 。
(3)固体B的成分可能是 。
23.[2017·北京]工业上用硫铁矿烧渣(主要成分是Fe3O4、Fe2O3等)、煤粉作原料制备FeCO3的主要流程如下:
图T4-23
(1)焙烧炉中,发生的主要反应为:
①3C+2O22CO+CO2;
②Fe2O3+CO2FeO+CO2;
③Fe3O4+CO3FeO+CO2。
上述反应中的各物质,碳元素呈现 种化合价。
(2)酸浸槽中,FeO转化为FeSO4,加入的物质X是 。
(3)主反应器中,生成FeCO3的反应物为 。
24.侯氏制碱法又称联合制碱法,是我国化学工程专家侯德榜于1943年发明的,此法可以同时生产纯碱和氯化铵两种产品。
图T4-24
(1)设备1中分离操作的名称是 。
(2)煅烧炉中发生的化学反应,属于基本反应类型中的 反应。
(3)以上流程中,可循环使用的物质有 。
【参考答案】
类型一
1.(1)2NO+O22NO2 BaO (2) 44
2.(1)Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
(2)Fe (3)硫酸
[解析](1)硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气,化学方程式为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑。(2)还原过程中的反应是铁和硫酸铁反应生成硫酸亚铁,所以还原过程中,元素化合价发生改变的是Fe。(3)硫酸和铁反应会生成硫酸亚铁,若pH过高需要加入硫酸进行调节。
3.(1)Si、C
(2)Si+2Cl2SiCl4
(3)4
[解析](1)反应①中Si由+4价变为0价,C由0价变为+2价,故化合价发生改变的元素是Si、C。(2)②中发生了化合反应,是硅和氯气反应生成SiCl4,反应的化学方程式为Si+2Cl2SiCl4。
(3)设理论上需要氢气的质量为x。
SiCl4+2H2Si+4HCl
4 28
x 28 t
428=x28 t
解得x=4 t。
4.(1)2Ni+O22NiO
(2)Ⅰ (3)Ni
[解析](1)镍和氧气在一定条件下反应生成氧化镍,化学方程式为2Ni+O22NiO。(2)燃料反应器中发生的部分化学反应如下:Ⅰ.H2+NiONi+H2O;Ⅱ.CO+NiONi+CO2。其中,Ⅰ中是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物,属于置换反应。(3)流程中既是反应物,又是生成物的物质可以循环利用,所以该流程中可以循环利用的物质是Ni。
5.(1)过滤
(2)MnCO3+2HClMnCl2+CO2↑+H2O
(3)酸性 (4)铁(或Fe)
(5)除杂不引入新的杂质
[解析]根据流程图分析,菱锰矿中含MnCO3、FeCO3、Cu2(OH)2CO3、SiO2等,加入过量稀盐酸后,MnCO3、FeCO3、Cu2(OH)2CO3均能与稀盐酸反应生成相应的氯化物MnCl2、FeCl2、CuCl2。SiO2不与稀盐酸反应,故滤渣1是SiO2。向滤液1中加入生石灰,调节pH至4,得到溶液1。往溶液1中加入双氧水把FeCl2氧化成FeCl3,氯化铁转化为氢氧化铁沉淀,过滤后得到滤液2。向滤液2加入MnS固体把CuCl2转化为CuS沉淀除去,过滤后得到滤液3,再经过后面的一系列步骤得到二氧化锰。(1)用过滤的操作能将滤液与滤渣分离。(2)向菱锰矿中加入盐酸,MnCO3、FeCO3、Cu2(OH)2CO3 都溶解并转化为MnCl2、FeCl2、CuCl2。盐酸与MnCO3反应生成氯化锰、水和二氧化碳,反应的化学方程式为MnCO3+2HClMnCl2+CO2↑+H2O。(3)加入生石灰将溶液pH调至4,此时pH仍小于7,故此时溶液呈酸性。(4)加入双氧水将FeCl2转化为Fe(OH)3沉淀,其反应方程式为2FeCl2+H2O2+4H2O2Fe(OH)3↓+4HCl。该反应中铁元素由+2价升高到+3价,氧元素由-1价降到-2价,故化合价发生变化的元素是氧和铁。(5)加入Na2S、MnS等硫化物,均可将MnCl2中混有的CuCl2转化为CuS沉淀除去,但实际生产中选用MnS,是因为加入MnS不会引入新的杂质,而加入Na2S会引入新的杂质,导致后面较难提纯。
6.(1)6H2O (2)MnO2、Mn3O4
(3)MnSO4、NH4HCO3
7.(1)Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O
(2)CaCl2 (3)ABC (4)C
8.(1)吸收空气中的二氧化碳 (2)高温
(3)CO2+3H2CH3OH+H2O
(4)在300 ℃条件下,氢气与氧气接触可能会发生爆炸
9.(1)Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
(2)NaOH (3)过滤 (4)Fe和O
10.(1)过滤
(2)Fe+CuSO4Cu+FeSO4
(3)Ca(OH)2会与废水中的硫酸发生反应:Ca(OH)2+H2SO4CaSO4+2H2O,消耗了废水中的硫酸,减少了铁屑与硫酸的反应:Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
(4)CuSO4(或Cu2+)
11.(1)过滤
(2)H2SO4+Fe FeSO4+H2↑
(3)NiCO3+H2SO4 NiSO4+CO2↑+H2O
类型二
12.(1)使反应物充分接触,提高反应速率
(2)Ca(OH)2+H2SO4CaSO4+2H2O
(3)过滤器、洗涤槽
[解析](1)化学反应中,反应物接触越充分,反应速率越快,反应器中搅拌可以使反应物充分接触,提高反应速率。(2)反应器中发生的化学反应主要有氧化镁和稀硫酸反应生成硫酸镁和水;氢氧化钙和稀硫酸反应生成硫酸钙和水,该反应的化学方程式为Ca(OH)2+H2SO4CaSO4+2H2O。(3)反应所得的硫酸镁易溶于水,硫酸钙微溶于水,经过滤器过滤,可以将微溶性的硫酸钙和可溶的硫酸镁分离,再经洗涤槽洗涤可以提高硫酸钙的纯度,因此,流程中,分离提纯的设备有过滤器、洗涤槽。
13.(1)SO2、O2、H2O、NaCl (2)S、O
(3)2CO2+2H2OC2H4+3O2
14.(1)A
(2)2H2SO3+O22H2SO4(或2Na2SO3+O22Na2SO4)
(3)Na2CO3+H2SO4Na2SO4+CO2↑+H2O
[解析](1)海水泵排出的海水pH=8,呈碱性;吸收塔排出的海水pH=4,呈酸性;曝气池①排出的海水pH=3,呈酸性;曝气池②排出的海水pH=7,呈中性。(2)曝气池①内的亚硫酸与氧气反应生成硫酸,反应方程式为2H2SO3+O22H2SO4;亚硫酸钠与氧气反应生成硫酸钠,反应方程式为2Na2SO3+O22Na2SO4。(3)曝气池②中稀硫酸与碳酸钠反应生成硫酸钠、二氧化碳和水,反应方程式为Na2CO3+H2SO4Na2SO4+CO2↑+H2O。
15.(1)CO2 (2)复分解反应 (3)饱和
[解析](1)碳酸锂和硝酸反应生成二氧化碳和硝酸锂,故反应釜1中逸出的气体是二氧化碳。(2)氢氧化锂和硝酸反应生成硝酸锂和水,两种化合物相互交换成分生成另外两种化合物,属于复分解反应。(3)析出结晶后所得溶液为饱和溶液,故蒸发结晶设备流出的LiNO3溶液是饱和溶液。
16.(1)使反应物充分接触,加快反应速率
(2)BaSO4 (3)CuSO4+H2SCuS↓+H2SO4
[解析](1)不断搅拌能使反应物充分接触,加快反应速率。(2)含铜废酸液(主要成分为CuSO4和H2SO4)能与氢氧化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀,故从过滤器中分离出滤渣的成分为BaSO4。(3)反应釜3中硫酸铜与硫化氢反应生成硫化铜沉淀和硫酸,反应的化学方程式为CuSO4+H2SCuS↓+H2SO4。
17.(1)增大接触面积,使反应更充分
(2)NaCl (3)H、W
18.(1)化合 (2)39.5 (3)BC
[解析](1)该反应是由多种物质生成一种物质的反应,属于化合反应。
(2)设理论上最多能产出NH4HCO3的质量为x。
NH3+H2O+CO2NH4HCO3
44 79
22 t x
4479=22 tx
解得:x=39.5 t。
(3)原料NH3中,N元素的化合价为-3,故A不正确;吸收塔中,浓氨水和烟气中的二氧化碳反应,所以净化气中二氧化碳的含量低于烟气,故B正确;分离器中结晶析出NH4HCO3固体,则经分离器得到的NH4HCO3溶液为该温度下的饱和溶液,故C正确。
19.(1)增大反应物的接触面积,加快反应速率,使其充分反应(合理即可)
(2)CO2
(3)BaCl2+H2SO4BaSO4↓+2HCl
[解析]本题考查盐的性质和化学方程式的书写。(1)“粉碎”“破碎”“研磨”固体,其作用大多是增大反应物的接触面积,加快反应速率,使其充分反应。(2)钡渣的主要成分是碳酸钡(BaCO3),加入盐酸后反应的化学方程式为BaCO3+2HCl BaCl2+H2O+CO2↑,反应釜1中的气体X为CO2。(3)反应釜2中发生的反应为氯化钡溶液与硫酸反应生成硫酸钡沉淀和盐酸,反应方程式为BaCl2+H2SO4BaSO4↓+2HCl。
20.(1)+4
(2)Ca(NO3)2+(NH4)2CO32NH4NO3+CaCO3↓
(3)2.8 CaO+H2OCa(OH)2
21.(1)置换反应 CO+H2OCO2+H2
(2) 分离CO2和H2(除去氢气中混有的二氧化碳) (3)900
22.(1)Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
(2)ZnSO4、H2SO4 (3)Na2CO3
23.(1)3 (2)硫酸 (3)FeSO4和NH4HCO3
24.(1)过滤 (2)分解 (3)NaCl、CO2
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