第八讲工业流程.docx

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第八讲工业流程

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：

①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）

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．P2O5

Ⅱ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．B

II

（1）4FeS2+11O2

2Fe2O3+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。

3．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

、

、

、

等）。

某主要生产

、

、

的化工厂利用钡泥制取

，其部分工艺流程如下：

（1）酸溶后溶液中

，

与

的反应化学方程式为。

（2）酸溶时通常控制反应温度不超过

，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

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）

【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＋O2

Cu2S＋2FeS＋SO22FeS＋3O2

2FeO＋2SO2FeSiO3

（2）2Cu2S＋3O2

2Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2S

6Cu＋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

等杂质）生产医药级二水合氯化钙（

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

为8.0~8.5，以出去溶液中的少量

。

检验

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

约为4.0，其目的有：

将溶液中的少量

；

防止

在蒸发时水解；

。

（3）测定样品中

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

溶液滴定至终点，消耗

溶液体积的平均值为20.39mL。

上述测定过程中需要溶液润洗的仪器有。

计算上述样品中

的质量分数为。

若用上述办法测定的样品中

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

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CaCl2·2H2O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既促进Fe3+全部转化为Fe（OH）3沉淀，而Cu2+不会转化为Cu（OH）2沉淀。

③蒸发浓缩，冷却结晶可以控制加热温度，且温度不超过l00℃；加热均匀。

（2）①CuO对H2O2的分解有催化作用；

②量筒、水槽（或集气瓶）、秒表（计时器）、导管。

【解析】

（1）①步骤Ⅰ的目的是除不溶性杂质，操作是：

称量、溶解、过滤；

②原因是：

既促进Fe3+全部转化为Fe（OH）3沉淀，而Cu2+不会转化为Cu（OH）2沉淀；

③该步骤操作为蒸发浓缩，冷却结晶可以控制加热温度，且温度不超过l00℃；加热均匀；

（2）①该反应现象的结论为CuO对H2O2的分解有催化作用；

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：

量筒、水槽（或集气瓶）、秒表（计时器）、导管

7．来源：

2010年普通高等学校招生全国统一考试理综化学（山东卷）

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：

碱洗的目的是除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．NH3b．CO2c．NaOHd．HNO3

②以铝材为阳极，在H2SO4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NaHCO3，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。

【答案】

（1）①2Al+2OH－+6H2O=2[Al（OH）4]－+3H2↑（或：

2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑）；b

②2Al+3H2O=Al2O3+6H++6e－；因为Al3+和HCO3-发生互促水解。

（2）补充溶液中消耗的Cu2+，保持溶液中Cu2+浓度恒定。

（3）N；牺牲阳极的阴极保护法（或：

牺牲阳极保护法

【解析】

（1）①Al、Al2O3和Al（OH）3均既能与强酸反应又能与强碱反应，因此，用碱处理铝材表面的氧化膜时，当氧化膜溶解后，暴露出的Al可以继续与强碱反应放出氢气，反应方程式为2Al+2H2O+2OH－═2AlO2－+3H2↑，碱洗槽液中含有AlO2－，加入酸性物质可以生成Al（OH）3，由于Al（OH）3可以溶于强酸（HNO3为强酸），因此酸性物质应选用CO2，选b。

②题目给出，电解目的是为了在铝材表面生成氧化膜，因此电极反应为2Al-6e－+3H2O═Al2O3+6H＋；由于电解液是硫酸，因此难免会溶解一定量的Al2O3，在电解液中也可能生成一定量的Al3+，由于Al3+水解呈酸性，HCO3－水解呈碱性，二者相互促进，产生气体CO2和沉淀氢氧化铝。

也可以解释为加入NaHCO3，提高了溶液的pH，当pH升高到一定程度，析出Al（OH）3沉淀。

（2）电镀过程中，为保持电镀质量，必须保持电镀液浓度的稳定，因此用Cu作为阳极，这样用阳极溶解的Cu，补充阴极析出的Cu，从而保持电解液浓度的稳定。

（3）利用电化学法保护金属，从原理上来说，就是被保护金属材料上发生还原反应，从而保证金属不被腐蚀。

碳棒为惰性电极，Fe为活泼电极，应用电解法，此时Fe作为阴极，故选N；但X为Zn时，Zn的活泼性大于Fe，Fe可以作为原电池的正极被保护，这种方法叫做牺牲阳极的阴极保护法。

8．来源：

2005年普通高等学校招生全国统一考试化学（广东卷）

钛（Ti）被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白（TiO2）是目前最好的白色颜料。

制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。

含有Fe2O3的钛铁矿（主要成分为FeTiO3）制取TiO2的流程如下：

TiO2+.SO42-

H2TiO3

TiO2

FeSO4·7H2O

水浸

煅烧

浓H2SO4

353K

钛铁矿

Fe3+.Fe2+

TiO2+.SO42-

热过滤

滤渣（弃）

滤液

过滤

①Fe

②冷却

（1）Ti的原子序数为22，Ti位于元素周期表中第_____________周期，第__________族。

（2）步骤①加Fe的目的是____________________________________________________；

步骤②冷却的目的是___________________________________________________。

（3）上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是_____________；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入__________________处理。

（4）由金红石（TiO2）制取单质Ti，涉及到的步骤为：

己知：

①C（s）+O2（g）=CO2（g）；△H=-393.5kJ·mol-1

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）；△H=-566kJ·mol-1

③TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（s）+O2（g）；△H=+141kJmol-1

则TiO2（g）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（s）+2CO（g）的△H=____________________。

反应TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是_______________________。

【答案】

（1）4ⅣB

（2）将Fe3+还原为Fe2+；析出（或分离、或得到）FeSO4·7H2O

（3）FeSO4·7H2O，石灰（或碳酸钙、废碱）

（4）-80kJ·mol-1；防止高温下Mg（Ti）与空气中的O2（或CO2、N2）作用

【解析】

本题是对常见元素及其化合物性质的综合考查。

（1）根据Ti的原子序数，结合元素周期表很容易判断其在元素周期表中的位置；

（2）观察流程图中后面得到的副产物是FeSO4·7H2O，而在加入Fe之前溶液中含有三价铁离子，因而判断出加入铁的目的就是将Fe3+还原；（3）在步骤②之后的操作接着就是过滤，并且得到FeSO4·7H2O晶体，所以步骤②冷却的目的就应该是得到副产物FeSO4·7H2O晶体；（4）结合题目给出的热化学方程式，利用盖斯定律可计算出所求反应热△H，钛是活泼金属，具有较强的还原性，在氩气的氛围下制取是防止其被空气中的氧气氧化。

9．来源：

2012年普通高等学校招生全国统一考试理综化学（山东卷）

工业中由黄铜矿（主要成分CuFeS2）冶炼铜的主要流程如下：

（1）气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的吸收。

a．浓H2SO4b．稀HNO3c．NaOH溶液d．氨水

（2）用稀H2SO4浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明溶液中存在（填离子符号），检验溶液中还存在Fe2＋的方法是（注明试剂、现象）。

（3）由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为。

（4）以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法正确的是

a．电能全部转化为化学能b．粗铜接电源正极，发生氧化反应

c．溶液中Cu2＋向阳极移动d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属

（5）利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4＝2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为

【答案】

（1）c、d

（2）Fe3＋；取少量溶液，滴加KMnO4溶液，KMnO4褪色

（3）3Cu2O＋2Al高温6Cu＋Al2O3

（4）b、d

（5）4H＋＋O2＋4e－＝2H2O

10．来源：

2012年普通高等学校招生全国统一考试理综化学（四川卷）

直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题，将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫，最终生成硫酸钙。

硫酸钙可在下图所示的循环燃烧装置的燃料反应器中与甲烷反应，气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳，从而有利于二氧化碳的回收利用，达到减少碳排放的目的。

请回答下列问题：

（1）煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中，引发的主要环境问题有。

（填写字母编号）

A．温室效应B．酸雨C．粉尘污染D．水体富营养化

（2）在烟气脱硫的过程中，所用的石灰石浆液在进入脱硫装置前，需通一段时间二氧化碳以增加其脱硫效率；脱硫时控制浆液的pH值，此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙。

①二氧化碳与石灰石浆液反应得到的产物为。

②亚硫酸氢钙被足量氧气氧化生成硫酸钙的化学方程式为。

（3）已知1molCH4在燃料反应器中完全反应生成气态水时吸热160.1kJ，1molCH4在氧气中完全燃烧生成气态水时放热802.3kJ。

写出空气反应器中发生的热化学方程式：

。

（4）回收的CO2与苯酚钠在一定条件反应生成有机物M，其化学式为C7H5O3Na，M经稀硫酸酸化后得到一种药物中间体N，N的结构简式为

。

①M的结构简式为。

②分子中无—O—O—，醛基与苯环直接相连的N的同分异构体共有种。

【答案】

（1）ABC

（2）①Ca（HCO3）2或碳酸氢钙

②Ca（HSO3）2+O2=CaSO4+H2SO4

（3）CaS（s）+2O2（g）=CaSO4（s）；△H=－962.4KJ/mol

（4）①

②6

【解析】

本题考查了燃料脱硫的原理、热化学方程式的书写、有机物的推断以及同分异构体的性质等。

（1）煤燃烧的产物中有CO2、烟尘以及SO2，分别导致温室效应、粉尘污染和酸雨。

没有营养元素排入水中，不会引起水体富营养化。

（2）CO2与CaCO3反应生成易溶的Ca（HCO3）2。

亚硫酸氢钙具有还原性，可被氧化为硫酸钙。

（3）根据右图以及硫酸钙与甲烷反应的气体产物只有水可知，燃料反应器中发生的热化学方程式为：

CH4（g）＋CaSO4（s）→CO2（g）＋2H2O（g）＋CaS（s）；?

H=160.1kJ?

mol－1①，再写出甲烷在氧气中燃烧的热化学方程式：

CH4（g）＋2O2（g）→CO2（g）＋2H2O（g）?

H=－802.3kJ?

mol－1②，②－①可得热化学方程式：

CaS（s）＋2O2（g）→CaSO4（s）；?

H=－962.4kJ?

mol－1。

（4）由M酸化后得，可得M的结构简式为

。

N的分子式为C7H6O3，符合条件的同分异构体共有6种。

11．来源：

2011年普通高等学校招生全国统一考试理综化学（北京卷）

氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示

（1）溶液A的溶质是；

（2）电解饱和食盐水的离子方程式是

（3）电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用：

（4）电解所用的盐水需精制。

去除有影响的Ca2+、Mg2+、NH3、SO42-、[C（SO42-）＞C（Ca2+）]。

精致流程如下（淡盐水和溶液A来电解池）：

①盐泥a除泥沙外，还含有的物质是。

②过程Ⅰ中将NH4+转化为N2的离子方程式是

③BaSO4的溶解度比BaCO3的小，过程Ⅱ中除去的离子有

④经过程Ⅲ处理，要求盐水中c中剩余Na2SO3的含量小于5mg/l，若盐水b中

的含量是7.45mg/l，则处理10m3盐水b，至多添加10%Na2SO3溶液kg（溶液体积变化忽略不计）。

【答案】

（1）NaOH

（2）2Cl-+2H2O

H2↑+Cl2↑+2OH-

（3）Cl2与水反应：

Cl2+H2O

HCl+HClO，增大HCl的浓度使平衡逆向移动，减少Cl2在水中的溶解，有利于Cl2的逸出

（4