(12分)[化学---化学与技术]
工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体(含NO、NO2)制备NaNO2、NaNO3,工艺流程如下:
已知:Na2CO3+NO+NO2=2NaNO2+CO2
(1)中和液所含溶质除NaNO2及少量Na2CO3外,还有__________(填化学式)。
(2)中和液进行蒸发Ⅰ操作时,应控制水的蒸发量,避免浓度过大,目的是_______。蒸发Ⅰ产生的蒸气中含有少量的NaNO2等有毒物质,不能直接排放,将其冷凝后用于流程中的_______(填操作名称)最合理。
(3)母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3的目的是_______。母液Ⅱ需回收利用,下列处理方法合理的是________。
a.转入中和液 b.转入结晶Ⅰ操作 c.转入转化液 d.转入结晶Ⅱ操作
(4)若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为2:1,则生产1.38吨NaNO2时,Na2CO3的理论用量为______吨(假定Na2CO3恰好完全反应)。
催化剂是化工技术的核心,绝大多数的化工生产需采用催化工艺。
(1)接触法制硫酸中采用V2O5作催化剂:
4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s) +8SO2(g)△H=―3412 kJ·mol-1
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)△H=―196.6 kJ·mol-1
SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l)△H=―130.3 kJ·mol-1
以FeS2为原料,理论上生产2mol H2SO4(l)所释放出的热量为kJ。
(2)电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到。
第一步:2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g)△H>0
第二步:HCOOCH3(g)CH3OH(g)+CO(g)△H>0
①第一步反应的机理可以用图1所示。图中中间产物X的结构简式为。
(1)“酸浸”中硫酸要适当过量,目的是:①提高铁的浸出率,②。
(2)“还原”是将Fe3+转化为Fe2+,同时FeS2被氧化为SO42-,该反应的离子方程式为。
(3)为测定“酸浸”步骤后溶液中Fe3+的量以控制加入FeS2的量。实验步骤为:
准确量取一定体积的酸浸后的溶液于锥形瓶中,加入HCl、稍过量SnCl2,再加HgCl2除去过量的SnCl2,以二苯胺磺酸钠为指示剂,用K2Cr2O7标准溶液滴定,有关反应方程式如下:
2Fe3++Sn2++6Cl-=2Fe2++SnCl62-,
Sn2++4Cl-+2HgCl2=SnCl62-+Hg2Cl2↓,
6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O。
①若SnCl2不足量,则测定的Fe3+量(填“偏高”、“偏低”、“不变”,下同)。
②若不加HgCl2,则测定的Fe3+量。
(4)①可选用(填试剂)检验滤液中含有Fe3+。产生Fe3+的原因是(用离子反应方程式表示)。
②已知部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
沉淀物 |
Fe(OH)3 |
Al(OH)3 |
Fe(OH)2 |
Mg(OH)2 |
Mn(OH)2 |
开始沉淀 |
2.7 |
3.8 |
7.5 |
9.4 |
8.3 |
完全沉淀 |
3.2 |
5.2 |
9.7 |
12.4 |
9.8 |
实验可选用的试剂有:稀HNO3、Ba(NO3)2溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液,要求制备过程中不产生有毒气体。请完成由“过滤”后的溶液模拟制备氧化铁的实验步骤:
a.氧化:;
b.沉淀:;
c.分离,洗涤;
d.烘干,研磨。
世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒,而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯。二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体,易溶于水、不稳定、呈黄绿色,在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释,同时需要避免光照、震动或加热。实验室以电解法制备ClO2的流程如下:
已知:①NCl3是黄色黏稠状液体或斜方形晶体,极易爆炸,有类似氯气的刺激性气味,自然爆炸点为95℃,在热水中易分解,在空气中易挥发,不稳定。
②气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
回答下列问题:
(1)电解时,发生反应的化学方程式为。
实验室制备气体B的化学方程式为,为保证实验的安全,在电解时需注意的问题是:①控制好生成NCl3的浓度;②。
(2)NCl3与NaClO2(亚氯酸钠)按物质的量之比为1∶6混合,在溶液中恰好反应生成ClO2,该反应的离子方程式为。
(3)ClO2很不稳定,需随用随制,产物用水吸收得到ClO2溶液。为测定所得溶液中ClO2的含量,进行了下列实验:
步骤1:准确量取ClO2溶液10 mL,稀释成100 mL试样;
步骤2:量取V1 mL试样加入到锥形瓶中,调节试样的pH≤2.0,加入足量的KI晶体,摇匀,在暗处静置30 min。
步骤3:以淀粉溶液作指示剂,用c mol/L Na2S2O3溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液V2 mL。
(已知I2+2S2O32-=2I-+S4O62-)
①上述步骤3中滴定终点的现象是;
②根据上述步骤可计算出原ClO2溶液的浓度为g /L(用含字母的代数式表示)。
氨气常用作致冷剂及制取铵盐和氮肥,是一种用途广泛的化工原料。(1)下表是当反应器中按n(N2):n(H2)=1:3投料后,在200℃、400℃、600℃下,反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线。
①曲线a对应的温度是。
②关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是(填字母)。
A.及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率
B.加催化剂能加快反应速率且提高H2的平衡转化率
C.上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)= K(Q) >K(N)
③M点对应的H2转化率是。
(2)工业制硫酸的尾气中含较多的SO2,为防止污染空气,回收利用SO2,工业上常用氨水吸收法处理尾气。
①当氨水中所含氨的物质的量3mol,吸收标准状况下44.8 L SO2时,溶液中的溶质为。
②NH4HSO3溶液显酸性。用氨水吸收SO2,当吸收液显中性时,溶液中离子浓度关系正确的是(填字母)。
a.c(NH4+) = 2c(SO32-) + c(HSO3-)
b.c(NH4+)> c(SO32-)> c(H+)= c(OH-)
c.c(NH4+)+ c(H+)= c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)
(3)氨气是一种富氢燃料,可以直接用于燃料电池,下图是供氨水式燃料电池工作原理:
①氨气燃料电池的电解质溶液最好选择(填“酸性”、“碱性”或“中性”)溶液。
②空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是。
③氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水,该电池正极的电极反应方程式是。
[化学——选修2]化学与技术:(15分)硫酸是重要的工业原料.工业上生产硫酸主要分为造气、催化氧化、吸收三个阶段,其生产流程图如下:
(1)操作I的内容是,此操作目的是.物质B是.a=。
(2)工业上既可用硫黄也可用硫铁矿(FeS2)造气,若使用硫铁矿造气.另一产物是一种常见的红棕色固体.写出用硫铁矿造气时反应的化学方程式。
(3)催化反应室中的反应是一个气体体积缩小的反应.增大压强有利于反应向右进行.但实际生产却是在常压下进行的.原因是。
(4)工业生产中常用氨一硫酸法进行尾气脱硫,以达到消除污染、废物利用的目的.用两个化学方程式表示其反应原理。
(5)若用等质量的硫黄、FeS2生产硫酸.假设原料的总利用率均为90%.则二者得到硫酸的质量比为。
(13分)硫、碳、氮等元素及其化合物与人类的生产生活密切相关,其中.硫酸、氨气、硝酸都是重要的化工原料.而SO2、NO、NO2、CO等相应氧化物又是主要的环境污染物:
(1)过度排放CO2会造成“温室效应”,而煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径。煤综合利用的一种途径如图所示。
已知:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) AH1= +131.3 kJ·mol-
C(s)十2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) AH2=" +90" kJ·mol-
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是。
(2)298 K时.将氨气放入体积固定的密闭容器中使其发生分解反应。当反应达到平衡状态后.改变其中一个条件X,Y随X的变化符合图中曲线的是(填字号):
a.当X表示温度时,Y表示氨气的物质的量
b.当X表示压强时.Y表示氨气的转化率
c.当X表示反应时间时.Y表示混合气体的密度
d.当x表示氨气的物质的量时.Y表示某一生成物的物质的量
(3)燃煤产生的烟气中的氮氧化物NOx(主要为NO、NO2)易形成污染.必须经脱除达标后才能排放:能作脱除剂的物质很多.下列说法正确的是(填序号):
a.用H2O作脱除剂,不利于吸收含氮烟气中的NO
b.用Na2SO3作脱除剂,O2会降低Na2SO3的利用率
c.用CO作脱除剂,会使烟气中NO2的浓度增加
d.用尿素[CO(NH2)2]作脱除剂.在一定条件下能有效将NOx氧化为N2
(4)在压强为O.1 MPa条件下,容积为V L的密闭容器中,amol CO与2amol H2在催化剂作用下反应生成甲醇。反应的化学方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),CO的平衡转比率与温度、压强的关系如图所示,则:
①P1P2(填“>”“<”或“=”)。
②在其他条件不变的情况下,向容器中增加a molCO与2amol H2.达到新平衡时.CO的转化率(填“增大””减小”或“不变”.下同),平衡常数.
③在P1下、100℃时,CH3OH(g) CO(g)十2H2(g)的平衡常数为(用含a、V的代数式表示)。
(5)①常温下.若将2 mol NH3(g)和l mol CO2(g)通入1 L水中.可得pH=10的溶液,则该溶液中浓度最大的阴离子是;
②常温下,将0.01 mol·L- NaOH溶液和0.01 mol·L-(NH4)2SO4溶液等体积混合.所得溶液pH为10,那么该混合液中c(Na+)+c(NH4+)=mol·L一(填准确代数式.不能估算)。