化学工艺流程综合题教学提纲
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化学工艺流程综合题
必考大题
3-3化学工艺流程综合题
押题训练
1.硼镁泥是硼镁矿生产硼砂晶体(Na2B4O7·10H2O)时的废渣,其主要成分是MgO,还含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3、FeO、MnO、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)Na2B4O7·10H2O中B的化合价为______________________________________。
(2)Na2B4O7易溶于水,也较易发生水解:B4O2-7+7H2O4H3BO3(硼酸)+2OH-(硼酸在常温下溶解度较小)。写出加入硫酸时Na2B4O7发生反应的化学方程式:________________________________________________________________________。
(3)滤渣B中含有不溶于稀盐酸但能溶于浓盐酸的黑色固体,写出生成黑色固体的离子方程式:________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
(4)加入MgO的目的是________________________________________________。
(5)已知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表:
温度(℃)
40 50 60 70
溶解度(g)
MgSO430.9 33.4 35.6 36.9
CaSO40.210 0.207 0.201 0.193
444
明“操作A”步骤为____________________。
(6)Na2B4O7·10H2O失去全部结晶水后的硼砂与金属钠、氢气及石英砂一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂——NaBH4”(该过程B的化合价不变)。
①写出NaBH4的电子式:______________。
②“有效氢含量”可用来衡量含氢还原剂的还原能力,其定义是:每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H2的还原能力。NaBH4的有效氢含量为________(计算结果保留两位小数)。
③在碱性条件下,在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢化钠,写出阴极室的电极反应
式:________________________________________________________________________。
解析:(1)Na2B4O7·10H2O中,钠的化合价+1价,氧的化合价-2价,设B的化合价为x价,根据元素化合价代数和为0计算:2×(+1)+4x+(-2)×7=0,x=+3。(2)在Na2B4O7溶液中加入硫酸,会促进水解,反应生成硼酸,化学方程式为Na2B4O7+H2SO4+5H2O=Na2SO4+4H3BO3↓。(3)NaClO溶液在加热条件下将溶液中的Mn2+氧化成MnO2,生成黑色固体的离子方程式为ClO-+Mn2++H2O===MnO2+Cl-+2H+。(4)加入MgO的目的是调节溶液的pH值,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去。(5)温度对MgSO4、CaSO4的溶解度有影响,温度越高,CaSO4溶解度越小,故可以采用蒸发浓缩、趁热过滤
的方法除去CaSO4。(6)①NaBH4属于离子化合物,电子式为。②每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H2的还原能力,则NaBH4变化为H+,电子转移8e-,电子转移和H2变化为H+电子转移相同,设NaBH4的质量为1 g,相当于H2质量
为x,1 g
37.8 g·mol-1×8=
x
2 g·mol-1
×2,解得x≈0.21 g。③在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢
化钠,则阴极室BO-2得电子发生还原反应生成BH-4,则电极反应式为BO-2+6H2O+8e-===BH-4+8OH-。
答案:(1)+3
(2)Na2B4O7+H2SO4+5H2O===Na2SO4+4H3BO3↓
(3)ClO-+Mn2++H2O===MnO2+Cl-+2H+
(4)调节溶液的pH值,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去
(5)蒸发浓缩、趁热过滤
(6)①②0.21
③BO-2+6H2O+8e-===BH-4+8OH-
2.砷为第ⅤA族元素,金属冶炼过程中产生的含砷有毒废弃物需处理与检测。
Ⅰ.冶炼废水中砷元素主要以亚砷酸(H3AsO3)的形式存在,可用化学沉降法处理酸性高浓度含砷废水,其工艺流程如下:
已知:①As 2S 3与过量的S 2-存在以下反应:As 2S 3(s)+3S 2-(aq)
2AsS 3-
3(aq); ②亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐。 (1)亚砷酸中砷元素的化合价为________;砷酸的第一步电离方程式为________________________________________________________________________。
(2)“一级沉砷”中FeSO 4的作用是______________________________________;“二级沉砷”中H 2O 2与含砷物质反应的化学方程式为____________________________。
(3)沉淀X 为____________(填化学式)。
Ⅱ.冶炼废渣中的砷元素主要以As 2S 3的形式存在,可用古氏试砷法半定量检测(As 的最低检出限为3.0×10-6 g)。
步骤1:取10 g 废渣样品,粉碎后与锌粉混合,加入H 2SO 4共热,生成AsH 3气体。 步骤2:将AsH 3气体通入AgNO 3溶液中,生成银镜和As 2O 3。
步骤3:取1 g 废渣样品,重复上述实验,未见银镜生成。
(4)AsH 3的电子式为________________。
(5)步骤2的离子方程式为_______________________________________________。
(6)固体废弃物的排放标准中,砷元素不得高于4.0×10-5g·kg -1,请通过计算说明该排放的废渣中砷元素的含量________(填“符合”或“不符合”)排放标准,原因是________________________________________________________________________。
解析:(1)亚砷酸(H 3AsO 3)中,氧元素化合价为-2价,氢元素化合价为+1价,砷元素化合价设为x ,+1×3+x +(-2)×3=0,x =+3;第ⅤA 族非金属元素形成的最高价含氧酸中磷、砷形成的含氧酸都是弱酸,在水溶液中分步电离,第一步电离方程式为H 3AsO 4
H ++H 2AsO -4。(2)“一级沉砷”中FeSO 4的作用是除去过量的S 2-
,使As 2S 3+3S 2-2AsS 2-3平衡逆向进行,提高沉砷效果;“二级沉砷”中H 2O 2与含砷物质发生氧化还原反应,亚砷酸被氧化为砷酸,反应的化学方程式为H 3AsO 3+H 2O 2===H 3AsO 4+H 2O 。(3)分析流程可知,加入CaO 和水反应生成Ca(OH)2,Ca(OH)2和砷酸反应生成Ca 3(AsO 4)2沉淀、和Fe 3+反应生成Fe(OH)3沉淀,Ca 2+结合SO 2-4形成CaSO 4沉淀,所以沉淀X 为CaSO 4。(4)AsH 3和NH 3分子结构相同为共价化合物,砷原子和三个氢原子形成三个As —H 键,电子式为。(5)将AsH 3气体通入AgNO 3溶液中,生成银镜和
As 2O 3,结合电荷守恒、原子守恒配平离子方程式:12Ag ++2AsH 3+3H 2O===12Ag ↓+
As 2O 3+12H +。(6)As 的最低检出限为3.0×10 -
6 g ,取1 g 废渣样品,重复上述实验,未见银镜生成,取10 g 废渣样品最后生成银镜和As 2O 3。则10 g 废渣含砷量最少为3.0×10 -6
g ,含砷量为3.0×10-6 g 10 g
×1 000 g·kg -1=3.0×10-4 g·kg -1>4.0×10一5 g·kg -1,不符合排放标准。