2020年高考化学之《考前抓大题》01 化学工艺流程题(一)(解析版)
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大题01 化学工艺流程题(一)1.钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)是一种金属腐蚀抑制剂。
工业上利用钼精矿(主要成分是不溶于水的MoS2)制备钼酸钠的两种途径如图所示:(1)途径I碱浸时发生反应的化学反应方程式为________________________________________。
(2)途径II氧化时还有Na2SO4生成,则反应的离子方程式为_____________________________。
(3)已知途径I的钼酸钠溶液中c(MoO42-)=0.40 mol/L,c(CO32-)=0.10mol/L。
由钼酸钠溶液制备钼酸钠晶体时,需加入Ba(OH)2固体以除去CO32-。
当BaMoO4开始沉淀时,CO32-的去除率是____________[已知K sp(BaCO3)=1×10-9、K sp(BaMoO4)=4.0×10-8,忽略溶液的体积变化]。
(4)分析纯的钼酸钠常用钼酸铵[(NH4)2MoO4]和氢氧化钠反应来制取,若将该反应产生的气体与途径I所产生的气体一起通入水中,得到正盐的化学式是__________________________。
(5)钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂。
常温下,碳素钢在三种不同介质中的腐蚀速率实验结果如下图:①当硫酸的浓度大于90%时,碳素钢腐蚀速率几乎为零,原因是________________________。
②若缓释剂钼酸钠-月桂酸肌氨酸总浓度为300mg·L-1,则缓蚀效果最好时钼酸钠(M=206g/mol) 的物质的量浓度为__________________(计算结果保留3位有效数字)。
(6)二硫化钼用作电池的正极材料时接受Li+的嵌入,锂和二硫化钼形成的二次电池的总反应为:xLi+nMoS2Li x(MoS2)n。
则电池放电时正极的电极反应是:_____________________。
【答案】(1)MoO3+Na2CO3=Na2MoO4+CO2↑(2)MoS2+9ClO-+6OH-=MoO42-+9Cl-+2 SO42-+3H2O(3)90%(4)(NH4)2CO3和(NH4)2SO3(5)①常温下浓硫酸会使铁钝化②7.28×10-4mol/L(6)nMoS2+xLi++xe-=Lix(MoS2)n【解析】利用钼精矿(主要成分是MoS2)制备钼酸钠有两种途径:途径Ⅰ是先在空气中灼烧生成MnO3,同时得到对环境有污染的气体SO2,然后再用纯碱溶液溶解MnO3,即可得到钼酸钠溶液,最后结晶得到钼酸钠晶体;途径Ⅰ是直接用NaClO溶液在碱性条件下氧化钼精矿得到钼酸钠溶液,结晶后得到钼酸钠晶体。
(1)根据题给流程图分析途径I碱浸时,MoO3与碳酸钠溶液反应生成二氧化碳和Na2MoO4,发生反应的化学方程式为:MoO3+Na2CO3=Na2MoO4+CO2↑;(2)途径Ⅰ氧化时MoS2与次氯酸钠、氢氧化钠溶液反应生成Na2MoO4和硫酸钠,利用化合价升降法结合原子守恒和电荷守恒配平,发生反应的离子方程式为MoS2+9ClO-+6OH-====MoO42-+9Cl-+3H2O;(3)BaMoO4开始沉淀时,溶液中钡离子的浓度为:c(Ba2+)=84.0100.4-⨯=1×10-7mol/L,溶液中碳酸根离子的浓度为:c(SO42-)=97110110--⨯⨯=1×10-2mol/L,所以碳酸根离子的去除率为:121100.1-⨯-=1-10%=90%;故CO32-的去除率是90%;(4)钼酸铵[(NH4)2MoO4]和氢氧化钠反应生成钼酸钠和氨气,将氨气与途径I所产生的尾气CO2、SO2一起通入水中,得到正盐的化学式是(NH4)2CO3、(NH4)2SO3;(5)①浓硫酸具有强氧化性,常温下能使铁钝化。
故当硫酸的浓度大于90%时,腐蚀速率几乎为零;②根据图示可知,当钼酸钠、月桂酸肌氨酸浓度相等时,腐蚀速率最小,缓蚀效果最好,所以钼酸钠的浓度为:150mg•L-1,1L溶液中含有的钼酸钠物质的量为:315010206/gg mol-⨯≈7.28×10-4mol,所以钼酸钠溶液的物质的量浓度为:7.28×l0-4mol•L-1,故答案为7.28×l0-4mol•L-1;(6)根据锂和二硫化钼形成的二次电池的总反应为:xLi+nMoS2Li x(MoS2)n,可知锂是还原剂,在负极发生氧化反应,负极反应式为:xLi -xe -=xLi +,是氧化剂在正极发生还原反应,据此书写电池放电时的正极反应式:正极反应式为:nMoS 2+xLi ++xe -=Li x (MoS 2)n 。
2.硒是典型的半导体材料,在光照射下导电性可提高近千倍。
图1是从某工厂的硒化银半导体废料(含Ag 2Se 、Cu 单质)中提取硒、银的工艺流程图:(1)为提高反应①的浸出速率,可采取的措施为______________(答出两条)。
(2)已知反应③生成一种可参与大气循环的气体单质,写出该反应的离子方程式__________。
(3)反应②为Ag 2SO 4(s)+2Cl -(aq)ƒ2AgCl(s)+24SO -(aq);常温下,Ag 2SO 4、AgCl 的饱和溶液中阳离子和阴离子浓度关系如图2所示。
则Ag 2SO 4(s)+2Cl -(aq) ƒ2AgCl(s)+24SO - (aq)的化学平衡常数的数量级为________。
(4)写出反应④的化学方程式________________________________________。
(5)室温下,H 2SeO 3水溶液中H 2SeO 3、3HSeO -、23SeO -的物质的量分数随pH 的变化如图3所示,则室温下H 2SeO 3的K a2=________。
【答案】(1)加热、增大硫酸的浓度、粉碎固体废料、搅拌等(2)4AgCl +N 2H 4·H 2O +4OH -=4Ag +4Cl -+N 2↑+5H 2O (或4AgCl +N 2H 4+4OH -=4Ag +4Cl -+N 2↑+4H 2O)(3)1014(4)H2SeO3+2SO2+H2O=2H2SO4+Se↓(或H2SeO3+2H2SO3=2H2SO4+Se↓+H2O)(5)10-7.3【解析】(1)根据外界条件对反应速率的影响,为了提高浸出速率,可以采取的措施有加热、增大硫酸的浓度、粉碎固体废料、搅拌等;(2)反应③中AgCl转化为Ag,Ag的化合价降低,则N2H4·H2O中N的化合价升高,结合题意知N2H4·H2O 转化为N2,反应的离子方程式为:4AgCl+N2H4·H2O+4OH-=4Ag+4Cl-+N2↑+5H2O (或4AgCl+N2H4+4OH-=4Ag+4Cl-+N2↑+4H2O);(3)根据题图2,可以计算出K sp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=10-5×10-4.75=10-9.75,K sp(Ag2SO4)=c2(Ag+)·c(SO)=(10-2)2×10-1=10-5。
该反应的平衡常数K=242 c SO c Cl-()()==24sp Ag SO2sp AgClkk()()=59.7521010--()=1014.5=100.5×1014,1<100.5<10,故该反应的化学平衡常数的数量级为1014;(4)反应④为SO2和H2SeO3的反应,H2SeO3转化为Se,H2SeO3被还原,则SO2被氧化,SO2转化为H2SO4,根据得失电子守恒和原子守恒,配平化学方程式为:H2SeO3+2SO2+H2O=2H2SO4+Se↓;(5)根据题图3,可知pH=7.30时,HSeO、SeO的物质的量分数相等,即c(HSeO)=c(SeO),则H2SeO3的K a2=233c H c SeOc HSeO+--⨯()()()=c(H+)=10-7.3。
3.重铬酸钠是一种用途极广的氧化剂,工业上可以用铬铁矿[主要成分Fe(CrO2)2(或写成FeO·Cr2O3),还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质]制备,同时还可回收Cr。
其主要工业流程如图所示:已知部分物质的溶解度曲线如图1所示。
图1 图2请回答下列问题:(1)煅烧生成Na2CrO4的化学方程式为______________________________。
(2)煅烧后的浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外,还含有_________(填化学式)。
(3)调节溶液的pH所选的试剂为__________________(填名称)。
(4)操作a的实验步骤为_________________________。
(5)加入Na2S溶液反应后,硫元素全部以S2O32-的形式存在,写出生成Cr(OH)3的离子方程式__________________________________。
(6)采用石墨电极电解Na2CrO4溶液制备Na2Cr2O7,其原理如图2所示。
①写出电极b的电极反应方程式:___________________________________。
②测定阳极液中Na元素和Cr元素的含量,若Na元素与Cr元素的物质的量之比为n,则此时Na2CrO4的转化率为____________。
(7)根据有关国家标准,含CrO42-的废水要经化学处理,使其浓度降至5.0×10-7mol·L-1 以下才能排放。
可采用加入可溶性钡盐生成BaCrO4沉淀[Ksp(BaCrO4)=1.2×10-10],再加入硫酸处理多余的Ba2+的方法处理废水,加入可溶性钡盐后,废水中Ba2+的浓度应不小于___________mol·L-1,废水处理后方能达到国家排放标准。
【答案】(1)4Fe(CrO2)2+7O2+8 Na2CO3=2 Fe2O3+8 Na2CrO4+8CO2(2)Na2SiO3、NaAlO2(3)稀硫酸(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(5)23H2O+6S2-+ 8CrO42-= 8Cr(OH)3↓+ 3S2O32-+22OH-。
(6)①2H2O-4e-=O2↑+4H+②(2-n)⨯100%;(7)2.4×10-4【解析】根据铬铁矿的主要成分判断煅烧后的产物,根据杂质的成分及除杂产生的滤渣Al(OH)3和H2SiO3进行逆推,可知浸出液除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外,还含有Na2SiO3,NaAlO2。
根据电子守恒完成煅烧反应方程式;根据电池的正负极确定电解池的阴、阳极,根据氧化还原反应写电极反应方程式。