2011年工业流程图

2011年工业流程图题

1．工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：

完成下列填空：

（1）粗盐水加入沉淀剂A 、B 除杂质（沉淀剂A 来源于石灰窑厂），写出A 、B 的化学式。

A B （2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为：

取样、 、沉淀、 、 、冷却结晶、 、烘干。 （3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象

是 。 碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因

是 。

（4）碳酸化后过滤，滤液D 最主要的成分是 （填写化学式），检验这一成分的阴离子的具体方法是： 。

（5）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D 加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的反应的离子方程式为：

滤液D 加石灰水前先要加热，原因

是 。 （6）产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为：

（注明你的表达式中所用的有关符号的含义）

2．利用天然气合成氨的部分工艺流程示意图如下：

依据上述流程，完成下列问题：

（1）写出流程中一次转化的化学方程

式： 。 （2）上述流程有二处循环，一是K 2CO 3(aq)循环，二是 循环（填化学式）。 （3）1998年科学家采用高质子导电性的SCY 陶瓷（能传递H ），实现了高温常压下高转化率的电解法合成氨。写出阳极反应式： 。 （4）一定温度下，将a mol N2与b mol H2的混合气体通入容积为 2 L的密闭容器中，发生反应：N 2（g ）+

+

H 2（g ）NH 3（g ）△H ＜0。达到平衡时，测得n （N 2）= 13 mol ；n （NH 3）= 6 mol。

①该反应平衡常数的表达式：K = ； ②达到平衡时N 2的转化率为 ； ③为了提高H 2的转化率，可采取的措施是 。

A ．增大的H 2浓度 B．增大的N 2浓度 C．使用催化剂 D．降低温度

3．利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下：

依据上述流程，完成下列填空：

（1）图中CH 4的第一次转化过程中的化学方程式是 。 （2）脱硫过程中，若有n mol Fe 2O 3·H 2O 转化，则生成S 的物质的量为 mol（用含n 的代数式表示）。 （3）整个流程有三个循环：一是K 2CO 3(aq)循环，二是N 2和H 2循环，第三个循环中被循环物质是 。 （4）改用过量NaOH 溶液吸收天然气中的硫化氢，以石墨作电极电解吸收后所得溶液可回收硫，其电解总反应方程式(忽略氧气的氧化还原) 为____________________，该方法的优点是____________。

4．随着能源问题的进一步突出，利用热化学循环制氢的研究受到许多发达国家的青睐。最近的研究发现，复合氧化物铁酸锰（MnFe 2O 4）也可以用于热化学循环分解水制氢， MnFe 2O 4的制备流程如下：

（1）投入原料Fe(NO3) n 和Mn(NO3) 2的物质的量之比应为___________。 （2）步骤二中“连续搅拌”的目的是__________________________； （3）利用MnFe 2O 4热化学循环制氢的反应可表示为： MnFe 2O 4

MnFe 2O 4－x ＋

O 2↑

MnFe 2O 4－x ＋x H 2O →MnFe 2O 4＋x H 2↑

请认真分析上述两个反应并回答下列问题：

①从理论上讲，该循环中，1 mol H2O 能制 mol H2

②若MnFe 2O 4－x 中x ＝0.8，则MnFe 2O 4－x 中Fe 2＋占全部铁元素的百分率为______。

③针对MnFe 2O 4热化学循环制氢过程存在的不足，你认为热化学循环制氢还需要解决的化学问题

是 。

5．现代社会中铜在电气、交通、机械和冶金、能源及石化工业、高科技等领域有广泛的应用。某铜矿石含氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁和脉石（SiO 2），现采用酸浸法从矿石中提取铜，其工艺流程图如下。其中铜的萃取（铜从水层进入有机层的过程）和反萃取（铜从有机层进入水层的过程）是现代湿法炼铜的重要工艺手段。

已知：①Cu +在酸性溶液中不稳定，可发生自身氧化还原反应；②当矿石中三氧化二铁含量太低时，可用硫酸和硫酸铁的混合液浸出铜；③反萃取后的水层2是硫酸铜溶液。

回答下列问题：

（1）矿石用稀硫酸处理过程中Cu 2O 发生反应的离子方程式为： ；

（2）“循环I ”经多次循环后的水层1不能继续循环使用，但可分离出一种重要的硫酸盐晶体，该晶体的化学式是 。若水层1暴露在空气中一段时间后，可以得到另一种重要的硫酸盐，写出水层1暴露在空气中发生反应的离子方程式 。

（3）写出电解过程中阳极（惰性电极）发生反应的电极反应式： 。 （4）“循环III ”中反萃取剂的主要成分是 。

6．重晶石矿的主要成分为硫酸钡，纯净的硫酸钡才能供医用作“钡餐”，在对某些内脏器官进行X 射线透视时服用。硫化钡是可溶于水的盐。讨论用重日石矿制硫酸钡，设计流程如下：

（1）写出步骤①的化学反应方程式 ，该反应产生的气体具有 、 等用途。

（2）为进行②反应先要分离出硫化钡溶液，采用的方法是 。在此之前要在溶液中滴入少量Ba （OH ）2溶液，其作用是 。

（3）若B 物质在该生产过程中可循环使用，则③反应的化学方程式是：

。

（4）有人提出②反应产生了有臭有毒的气体，可采用改变反应物的方法使无该气体产生，则②反应的化学方程式是： 。

此时若要B 物质还能循环使用，则C 为 （写化学式）。

（5）BaSO 4是因为具有 、 等性质而可用作“钡餐”的。

7．七水硫酸镁（MgSO 4·7H 2O ）在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用，利用化工厂生产硼砂的废渣－一

硼镁泥可制取七水硫酸镁。硼镁泥的主要成分是MgCO 3，还含有其他杂质（MgO 、SiO 2、Fe 2O 3、FeO 、CaO 、Al 2O 3、MnO 等）。

表1

表2 两种盐的溶解度（单位为g ／100g 水）

根据以上流程图并参考表格pH 数据和溶解度数据，试回答下列问题：

（1）过滤I 的滤液中加入硼镁泥，调节溶液的pH ＝5～6，再加入NaClO 溶液加热煮沸，将溶液中的Mn 2+氧化成MnO 2，反应的离子反应方程式为 。加热煮沸的主要目的是_ 。

（2）沉淀B 中除MnO 2、SiO 2外还含有 （填化学式）等物质。 （3）检验过滤Ⅱ后的滤液中是否含有Fe 3＋的实验方法是 ；

（4）沉淀C 的化学式是 。过滤II 需趁热过滤的理由是

8．二氧化氯（ClO 2）被称作第四代杀菌消毒剂。

（1）工业上用NaCl 还原NaClO 3生产ClO 2的工艺流程如下图所示：

①反应器中发生反应的化学方程式为：

2NaClO 3+2NaCl+2H2SO 4=2ClO2↑+Cl2↑+2Na2SO 4+2H2O

生产中将NaClO 3和NaCl 按物质的量之比1：1.05的混合水溶液加入反应器，NaCl 稍过量的目的是 。

②反应器中生成的ClO 2和Cl 2由通入空气驱出进入ClO 2吸收塔，产生的混合液进入汽提塔，汽提塔排出的废液成分主要是 （填化学式，下同）。 ③以上生产流程中循环②循环利用的物质是 。

④为提高ClO 2的产量，可用亚氯酸钠（NaClO 2）与反应器中Cl 2反应生成ClO 2，该反应的化学方程式为 。尾气中的Cl 2可用SO 2水溶液吸收，该反应的化学方程式为 。

（2）用阳离子交换膜分隔的电解池电解450g/L NaClO2溶液，可在阳极室产生ClO 2，在阴极室产生H 2和NaOH 。下列有关说法正确的是 （填字母符号）。 A ．电解时电子流向为：电源负极→导线→阴极，阳极→导线→电源正极 B ．在电解过程中，Na +向阳极移动，ClO —2向阴极移动 C ．在电解过程中阳极周围的pH 基本不变 D ．电解的离子方程式可表示为：2ClO 2+2H2O

—

2ClO 2↑+H2↑+2OH

—

9．有两条途径可以使重晶石（BaSO 4）转化为碳酸钡，如下图所示：

试回答下列问题：

（l ）反应I 中发生的主要反应为：BaSO 4 + 4C =BaS + 4CO，若1 mol BaSO4完全反应，电子转移的物质的量为 ;

（2）Na 2CO 3溶液的pH 大于10，用离子方程式说明其主要原

因 ，其溶液中离子浓度由大到小的顺序是 ;

（3）已知反应IV 中发生的反应为：BaSO 4 ( s ) + CO3 2- BaCO 3 ( s ) + SO42- ，写出此反应平衡常数表达式K = ；若K SP (BaSO4) 为，K SP (BaCO3) 为5×10-9，则K 的值为 ；

（4）若每次加入 1L2mol · L的Na 2CO 3溶液，至少需要 次可以将0.2mol BaSO 4转化为BaCO 3。

10．高温裂解法处理工业废硫酸工艺流程图如下：

-1

废硫酸高温裂解的基本原理可用下列方程按两个阶段进行

H 2SO 4（l ） SO 3（g ）+ H2 O （g ） △H= +176kJ·mol －1

－1

2SO 3（g ）2SO 2（g ）+ O2（g ） △H= +196k·mol 为研究废硫酸的雾化和裂解情况，有关实验数据如下：

（1）由上表数据可得出的结论

是

；

（2）废硫酸裂解成SO 2总反应的热化学方程式

为 ； （3）在催化氧化室中发生反应： 2SO 2（g ）+ O2（g ）

2SO 3（g ）△H= -196 kJ·mol －1

① 某温度时，该反应的平衡常数K=3.5，平衡后再充入一定量气体测得 100 L 的恒容密闭容器中含有3.0 mol SO2,16.0 mol O2和3.0mol SO3(g)，此时平衡

移动；(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”) ②上述反应达到平衡后，改变下列条件，能使SO 2平衡浓度比原来减小的是 ；(填字母)

A ．保持温度和容器体积不变，充入1.0mol O2 B ．保持温度和容器内压强不变，充入3.0mol N2 C ．降低温度

D ．在其他条件不变时，缩小容器的容积

（4）尾气SO 2用饱和Na 2SO 3溶液吸收可得到一种化工原料，反应的化学方程式为 ；

（5）科学家研究出以右图所示装置用电化学原理生产硫酸的新工艺，其阳极的电极反应式为 ，总反应的化学方程式为 。

11．过氧化钙（CaO 2）难溶于水，在常温下稳定，在潮湿空气及水中缓慢分解放出氧气，因而广泛应用于渔业、农业、环保等许多方面。下图是以大理石（主要杂质是氧化铁）等为原料制取过氧化钙（CaO 2）的流程。

请回答下列问题：

（1）操作①应包括下列操作中的 （填序号）。

A ．溶解 B．过滤 C．蒸馏 D．分液 E．蒸发结晶

（2）用氨水调节pH 至8～9的目的是 。 （3）若测得滤液C 中c （CO 32－）=10－3 mol/L，则Ca 2+ （填“是”或“否”）沉淀完全。[已知c (Ca2+) ≤10－5mol/L可视为沉淀完全；Ksp （CaCO 3）＝4.96×10－9] （4）若在滤液C 中，加入HNO 3使溶液呈酸性以得到副产物NH 4NO 3，则酸化后溶液中， c (NH4＋) c (NO3－) （填“≥”、“≤”、“＜”、“＞”或“＝”） （5）操作②是：在低温下，往过氧化氢浓溶液中投入无水氯化钙进行反应，写出该反应的化学方程式 。一段时间后，再加入氢氧化钠溶液，当调节溶液pH 至9～11，才出现大量沉淀。用简要的文字解释需用氢氧化钠调节pH 至9～11的原因 。

（6）已知大理石含CaCO 3的质量分数为a ，mg 大理石可以制得ngCaO 2，请计算：CaCO 3转化为CaO 2过程中，Ca 原子的利用率为 。

12．氯化亚铜（CuCl ）在石油工业生产中常用作脱硫剂和脱色剂。工业生产氯化亚铜的一种工艺流程如下图所示：

已知：①CuCl 难溶于水和乙醇，干燥的CuCl 在空气中比较稳定，但湿的CuCl 在空气中易发生水解和氧化；②CuCl 溶于氯化钠的浓溶液可生成CuCl 2－，CuCl 2－的溶液用水稀释可生成CuCl 沉淀，反应式为CuCl 2－

CuCl ↓＋Cl ―。

（1）往CuSO 4和NaCl 混合液中通入SO 2可生成CuCl 2－和硫酸，请写出反应的离子方程式：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（2）在反应⑴中，温度升至70～80℃，并使用NaCl 浓溶液，主要目的是＿＿＿＿＿＿。 （3）在反应⑴中，还原剂除了可用SO 2外，还可选用＿＿＿＿＿＿（填标号）。

A ．Na 2SO 3 B．Cu C．Ag （4）过滤所得沉淀须迅速用＿＿＿＿（填“水”或“95%乙醇”）洗涤、干燥得CuCl 成品。 （5）合成氨工业生产中的CO 会使催化剂中毒，可通过下列反应除去。

[Cu(NH3) 2]Ac(aq)＋CO(g)＋NH 3(g)＝[Cu(NH3) 3]Ac·CO(aq) △H ＜0，生产中为了提高CO 的吸收率，可采用的措施是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

⑹．CuOH 不稳定易分解为Cu 2O 。298K 时，CuOH 的K sp ＝1.0×10－14，CuCl 的K sp ＝1.2×10－6。

把CuCl 固体和NaOH 溶液混合，加热，得到红色沉淀，该沉淀的化学式为＿＿＿＿＿＿。

13．（1）工业上以粗铜为原料采取如图17所示流程制备硝酸铜晶体：

①在步骤a 中，还需要通入氧气和水，其目的是 。

②在保温去铁的过程中，为使Fe 沉淀完全，可以向溶液中加入CuO ，调节溶液的pH ，根据

3+

③进行蒸发浓缩时，要用硝酸调节溶液的pH=1，其目的是（结合离子方程式说明） 。 （2）工业上常利用硝酸铜溶液电镀铜，电镀时阴极的电极反应式是 。

（3）图18是某小组同学查阅资料所绘出的硝酸铜晶体[ Cu(NO3) 2·n H 2O ]的溶解度曲线（温度在30℃前后对应不同的晶体），下列说法正确的是 （填字母）。

a. A点时的溶液为不饱和溶液 b. B点时两种晶体可以共存

c. 按上述流程最终得到的晶体是Cu(NO3)

2·3H 2O

d. 若将C 点时的溶液降温至 30℃以下，可以析出Cu(NO3) 2·6H 2O 晶体

（4）某些共价化合物（如H 2O 、NH 3、N 2O 4等）在液态时有微弱的导电性，主要是因为发生了电离，如：2NH 3NH 4＋+NH2－，由此制备无水硝酸铜的方法之一是用Cu 与液态N 2O 4反应。液态N 2O 4电离得到的两种离子所含电子数相差18，则液态N 2O 4电离的方程式是 ；Cu 与液态N 2O 4反应制得无水硝酸铜的化学方程式是 。

14．钡盐行业生产中排出大量的钡泥[主要含有BaCO 3、BaSiO 3、BaSO 3、Ba(FeO2) 2等。某主要生产BaCl 2、BaCO 3、BaSO 4的化工厂利用钡泥制取Ba(NO3) 2，其部分工艺流程如下：

（1）酸溶后溶液中pH=1，、Ba(FeO2) 2与HNO 3的反应化学方程式

为 。

（2）酸溶时通常控制反应温度不超过70℃，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 。

15．碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。以β－锂辉石（主要成分为Li 2O ·Al 2O 3·4SiO 2）为原材料制备Li 2CO 3的工艺流程如下：

已知：Fe 、Al 、Fe 和Mg 以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的PH 分别为3.2、5.2、9.7和12.4；Li 2SO 4、LiOH 和Li 2CO 3在303K 下的溶解度分别为 34.2g、 12.7g和 1.3g． （1）步骤Ⅰ前，β－锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是_____________． （2）步骤Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li +、SO 42－, 另含有Al 3+、Fe 3+、Fe 2+、Mg 2+、Ca 2+、Na +等杂质，需在搅拌下加入_____________(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”) 以调节溶液的PH 到6.0~6.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。

（3）步骤Ⅱ中，将适量的H 2O 2溶液、石灰乳和Na 2CO 3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有______________．

（4）步骤Ⅲ中，生成沉淀的离子方程式为________________． （5）从母液中可回收的主要物质是_____________．

16．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。 （1）以下为铝材表面处理的一种方法：

3+

3+

2+

2+

①碱洗的目的是洗去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时候常有气泡冒出，原因是 （用离子方程式表示）。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的 。

a.NH 3 b.CO 2 c. NaOH d.HNO 3

②以铝材为阳极，在H 2SO 4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式

为 。取少量废电解液，加入NaHCO 3 ,溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是

（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨做阳极的原因

是 。

（3）利用右装置，可以模拟铁的电化学防护。

若X 为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K 应该置于 处。 若X 为锌，开光K 置于M 处，该电化学防护法称为 。

17．锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题。某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn 2O 4、碳粉行涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下：

⑴第②步反应得到的沉淀X 的化学式为 。

⑵第③步反应的离子方程式是 。

⑶第④步反应后，过滤Li 2CO 3所需的玻璃仪器有 。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因： _。

⑷若废旧锂离子电池正极材料含LiMn 2O 4的质量为 18.1 g,第③步反应中加入20.0 mL

3.0mol ·L -1的H 2SO 4溶液，假定正极材料中的锂经反应③和④完全转化为Li 2CO 3，则至少有 g Na2CO 3参加了反应。

18．硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO 3，并含少量的Fe 2O 3 、FeCO 3 MgO 、CaO 等，生产工艺流程示意如下：

（1）将菱锌矿研磨成粉的目的是_____。

（2）完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式： □Fe(OH)2+□____+□_____==□Fe(OH)3+□Cl －

（3）针铁矿（Goethite ）是以德国诗人歌德（Goethe ）名字命名的，组成元素是Fe 、O 和H ，化学式量为89，化学式是_______。

（4）根据下表数据，调节“滤液2”的ph 时，理论上可选用的最大区间为______。

（5）工业上从“滤液3”制取MgO 过程中，合适的反应物是______（选填序号）。

a.大理石粉 b.石灰乳 c.纯碱溶液 d.烧碱溶液

（6）“滤液4”之后的操作依次为______、_______、过滤，洗涤，干燥。

（7）分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO 3的质量分数不低于________。

19．四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣(主要成分为TiO 2、FeO 、Fe 2O 3,Ti 的最高化合价为+4)作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：

请回答下列问题：

(1)硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是 。 (2)向滤液Ⅰ中加入铁粉，发生反应的离子方程式为：

、 。

(3)在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅲ，使混合液pH 达0.5，钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作

用： 。过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、

、 、 (填化学式) ，减少废物排放。

(4)A可用于生产红色颜料(Fe2O 3) ，其方法是：将556akgA(摩尔质量为278g/mol)溶于水中，加入过量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体，再向红褐色胶体中加入3336bkgA 和112ckg 铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完全后，有大量Fe 2O 3附着在

胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料，若所得滤液中溶质只有

硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料 kg 。 20．工业炼镁排放大量废渣，其主要成分是MgCI 2、KC1和少量Mg0、BaCl 2、 FeCl3、CuCl 2.

利用该废渣生产硫酸镁和光卤石(KC1·MgCI 2·6H 2O) 的工艺流程如下：

pH 见上表，1同答下列问题： (1)

调

PH

至

7

的

目

的

是

____ 。 (2)调节pH 过程中，MgO 发生反应的离子方程式为 。 (3)实验室进行“蒸发浓缩”时要用到的硅酸盐质仪器有 。 (4)光卤石在一定压力下受热分解，剩余固体成分及质量(m) 随温度（T ）变化情况如图13。 ①图中固体A 的成分是____。

②图中x=