3-3 化学工艺流程综合题

必考大题押题训练3－3化学工艺流程综合题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(℃)溶解度(g)40506070MgSO430.933.435.636.9CaSO40.2100.2070.2010.193“操作A”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根据上表数据，简要说明“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1g，相当于H2质量为x，1g37.8g·mol－1×8＝x2g·mol－1×2，解得x≈0.21g。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)①②0.21③BO－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：①As2S3与过量的S2－存在以下反应：As2S3(s)＋3S2－(aq)2AsS3－3(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FeSO4的作用是______________________________________；“二级沉砷”中H2O2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As2S3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3.0×10－6g)。步骤1：取10g废渣样品，粉碎后与锌粉混合，加入H2SO4共热，生成AsH3气体。步骤2：将AsH3气体通入AgNO3溶液中，生成银镜和As2O3。步骤3：取1g废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成。(4)AsH3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(H3AsO3)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H3AsO4H＋＋H2AsO－4。(2)“一级沉砷”中FeSO4的作用是除去过量的S2－，使As2S3＋3S2－2AsS2－3平衡逆向进行，提高沉砷效果；“二级沉砷”中H2O2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H3AsO3＋H2O2===H3AsO4＋H2O。(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Ca3(AsO4)2沉淀、和Fe3＋反应生成Fe(OH)3沉淀，Ca2＋结合SO2－4形成CaSO4沉淀，所以沉淀X为CaSO4。(4)AsH3和NH3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AsH3气体通入AgNO3溶液中，生成银镜和As2O3，结合电荷守恒、原子守恒配平离子方程式：12Ag＋＋2AsH3＋3H2O===12Ag↓＋As2O3＋12H＋。(6)As的最低检出限为3.0×10－6g，取1g废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成，取10g废渣样品最后生成银镜和As2O3。则10g废渣含砷量最少为3.0×10－6g，含砷量为3.0×10－6g10g×1000g·kg－1＝3.0×10－4g·kg－1＞4.0×10一5g·kg－1，不符合排放标准。答案：(1)＋3H3AsO4H＋＋H2AsO－4(2)沉淀过量的S2－，使As2O3(s)＋3S2－(aq)2AsS2－3(aq)平衡左移，提高沉砷效果H3AsO3＋H2O2===H3AsO4＋H2O(3)CaSO4(4)(5)12Ag＋＋2AsH3＋3H2O===12Ag＋As2O3＋12H＋(6)不符合因为该废渣砷含量最少为(3.0×10－6g10g)×1000g·kg－1＝3.0×10－4g·kg－1，大于排放标准4.0×10－5g·kg－13．稀土元素的物理性质和化学性质极为相似，常见化合价为＋3价。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能，所以稀土元素又被称为冶金工业的维生素。其中钇(Y)元素是激光和超导的重要材料。我国蕴藏着丰富的含钇矿石(Y2FeBe2Si2O10)，工业上通过如下生产流程可获得氧化钇。已知：①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表：开始沉淀时的pH完全沉淀时的pHFe3＋2.73.7Y3＋6.08.2②在元素周期表中，铍元素和铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似。请回答下列问题：(1)写出钇矿石与氢氧化钠共熔时的化学方程式：________________________________________________________________________。(2)欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀。则①最好选用盐酸和________两种试剂，再通过必要的操作即可实现。(填字母)a．NaOH溶液b．氨水c．CO2d．HNO3②写出Na2BeO2与足量盐酸发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________。(3)已知10－2.7＝2×10－3、10－3.7＝2×10－4，则25℃时，反应Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋的平衡常数K＝____________；如何检验Fe3＋是否沉淀完全________________________________________________________________________________________________________________________________________________(回答操作方法，不需设计所用仪器)。(4)①写出生成草酸钇沉淀的化学方程式：______________________________________________________________________________________________________。②若H2C2O4和湿润的KClO3混合加热到60℃可制得国际公认的高效含氯消毒剂ClO2，反应中氧化剂和氧化产物的物质的量之比为________；在热水中ClO2会发生反应生成Cl2和HClO2，写出反应的化学方程式：__________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)根据流程图可知钇矿石(Y2FeBe2Si2O10)与氢氧化钠共熔后水溶解以及过滤后的滤液和滤渣成分分别为Na2SiO3、Na2BeO2、Y(OH)3、Fe2O3，则共熔时发生反应的化学方程式为4Y2FeBe2Si2O10＋32NaOH＋O2===8Y(OH)3＋2Fe2O3＋8Na2SiO3＋8Na2BeO2＋4H2O。(2)①欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀，则根据Na2BeO2的性质和NaAlO2类比推断：加过量的盐酸，Na2SiO3反应生成硅酸沉淀，Na2BeO2则反应生成氯化铍溶液，再加入过量氨水沉淀Be2＋。②Na2BeO2与足量盐酸发生反应生成氯化铍，其反应的离子方程式为BeO