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- 2021-05-14 发布
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2013年北京高考化学试题---工艺流程汇编
3.(朝阳区14分)高铁酸钠(Na2FeO4)具有很强的氧化性,是一种新型的绿色净水消毒剂。工业上可以通过次氯酸钠氧化法制备高铁酸钠,生产过程如下:回答下列问题:
(1)氢氧化钠的电子式是________。
(2)经过步骤①后,加入NaOH固体的原因是 。
(3)步骤②反应的离子方程式是 。
(4)从溶液Ⅰ中分离出Na2FeO4后,还有副产品Na2SO4 、NaCl,则步骤
③中反应的离子方程式为 。
(5)将一定量的Na2FeO4投入到pH不同的污水中(污水中其余成分均相同),
溶液中Na2FeO4浓度变化如下图曲线Ⅰ、Ⅱ所示,试推测曲线I比曲线II对应
的污水pH________(填“高”或“低”)。
(6)通过计算得知Na2FeO4的消毒效率(以单位质量得到的电子数表示)比氯气的_____(填“高”或“低”),用高铁酸钠代替氯气作净水消毒剂的优点是 (答两点)。
4. (东城区14分)某小组根据工业生产原理设计如下转化关系,以获取烧碱和金属钛(Ti)。
(1) 燃料电池中通入氧气的电极是 (填“正”或“负”)极,电极反应式是 ;用该电池电解饱和食盐水,若消耗32 g甲醇,理论上Ⅰ中可生成NaOH ________mol。
(2)如图所示,理论上加入Ⅱ中的TiO2和焦炭的物质的量之比是 ;由TiCl4得到金属Ti的化学方程式是 。
(3)根据Ⅲ中合成甲醇的反应,该小组保持温度不变,在两个相同的恒容密闭容器中进行实验,有关实验数据如下:
实验编号
T/℃
平衡时压强
P/MPa
起始用量/mol
平衡时CO的转化率
放出热量/kJ
n(H2)
n(CO)
Ⅰ
250
2
20
10
90%
a
Ⅱ
250
P1
40
20
c
b
① P1 4MPa(填“>”、“<”或“=”);
② 实验Ⅰ条件下合成甲醇的热化学方程式是 。
5.(房山区)金属钛被称为“21世纪金属”。(1)工业上用钛矿石(含FeTiO3,含FeO、Al2O3、SiO2等杂质)经过以下流程制得TiO2:
其中,步骤Ⅱ发生的反应为:
2H2SO4 + FeTiO3 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O
①步骤Ⅰ中发生反应的化学方程式: 、 。
②将步骤Ⅱ所得FeSO4晶体溶于水,在酸性条件下加入H2O2溶液,可制得具有净水作用的铁盐,该反应的离子方程式为 。
③在步骤Ⅲ中需要控制条件以形成TiO2·nH2O胶体,该分散质颗粒直径大小在____________范围。
(2)可利用TiO2通过下述两种方法制备金属钛:
方法一:将TiO2作阴极,石墨作阳极,熔融CaO为电解液,用碳块作电解槽池,电解TiO2制得钛,其阴极发生的反应: 。
方法二:通过以下反应制备金属钛① TiO2(s) + 2Cl2(g) TiCl4(g) + O2(g);△H= +151kJ/mol
② TiCl4 + 2Mg 2MgCl2 + Ti 在实际生产中,需在反应①过程中加入碳才能顺利制得TiCl4,其原因
是: 。
(3)若已知:C(s) + O2(g) = CO2(g) △H= -394kJ/mol ,则由固体TiO2、固体C与Cl2气反应制取气态TiCl4的热化学方程式为 _。
6.(丰台区15分)(1)A为用惰性电极电解饱和食盐水(含少量Ca2+、Mg2+)的装置。电解一段时间后,B中出现浑浊现象,请用离子方程式表示原因 。
此时电极a附近的现象为 ,因此工业电解用食盐水需精制。
②随反应的进行,C中溶液红色褪去,主要原因有两种可能。请按要求填写表格。
假设
主要操作
现象
结论
假设1 :
假设2 :可能是H+与OH-中和,导致溶液褪色
(2)电解饱和食盐水所得气体X,可应用于提取溴单质。现有流程图如下:
① 气体X的化学式为 ,反应II的化学方程式为 。
② 在母液苦卤中含有较多的NaCl、KCl、MgCl2、MgSO4等物质。用沉淀法测定苦卤中镁元素的含量(g/L),实验过程中应测定的数据有 。
③电解200kg 质量分数为25%的饱和食盐水,当浓度下降到20%时,收集到氯气的物质的量为 (溶于溶液中的氯气忽略不计,计算结果保留一位小数) 。
7.(丰台区15分)近年来,为提高能源利用率,西方提出共生系统。特指为提高经济效益,人类生产活动尽可能多功能化。共生工程将会大大促进化学工业的发展。
(1)由于共生工程的应用,利用发电厂产生的SO2制成自发电池,其电池反应方程式为:2SO2+O2+2H2O=2H2SO4,该电池电动势为1.06V。实际过程中,将SO2通入电池的 极(填“正”或“负”),负极反应式为 。用这种方法处理SO2废气的优点是 。
(2)以硫酸工业的SO2尾气、氨水、石灰石、焦炭、碳酸氢铵和氯化钾等为原料,可以合成有重要应用价值的硫化钙、硫酸钾、亚硫酸铵等物质。合成路线如下:
①生产中,向反应II中的溶液中加入适量还原性很强的对苯二酚等物质,其目的是 。
②下列有关说法正确的是 。
高温
A.反应Ⅰ中需鼓入足量空气,以保证二氧化硫充分氧化生成硫酸钙
B.反应III中发生反应的化学方程式为CaSO4+4C === CaS+4CO↑
C.反应IV需控制在60~70℃,目的之一是减少碳酸氢铵的分解 D.反应V中的副产物氯化铵可用作氮肥
③ 反应V中选用了40%的乙二醇溶液,温度控制在25℃,此时硫酸钾的产率超过90%,选用40%的乙二醇溶液原因是 。
④(NH4)2SO3可用于电厂等烟道气中脱氮,将氮氧化物转化为氮气,同时生成一种氮肥,形成共生系统。写出二氧化氮与亚硫酸铵反应的化学方程式 。
8(海淀区15分)工业上,以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如下图所示。钛铁矿主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),其中一部分铁元素在风化过程中会转化为+3价。
已知:TiOSO4遇水会水解。
(1)步骤②中,用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的反应的离子方程式为 。
(2)步骤③中,实现混合物的分离是利用物质的 (填字母序号)。
a. 熔沸点差异 b. 溶解性差异 c. 氧化性、还原性差异
(3)步骤②、③、④中,均需用到的操作是 (填操作名称)。
(4)请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中将TiO2+转化为H2TiO3的原理: 。
(5)可以利用生产过程中的废液与软锰矿(主要成分为MnO2)反应生产硫酸锰(MnSO4,易溶于水),
该反应的离子方程式为 。
(6)研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质,
利用下图所示装置获得金属钙,并以钙为还原剂,还原二氧化钛制备金属钛。
①写出阳极所发生反应的电极反应式: 。
②在制备金属钛前后,CaO的总量不变,其原因是(请结合化学用语
解释) 。
9.(14分)无水AlCl3易升华,可用作有机合成的催化剂等。工业上由铝土矿(主要成分是Al2O3和Fe2O3)和石油焦(主要成分是C)为原料制备无水AlCl3的工艺(碳氯化法)流程如下。
焙烧炉(800℃)
氯化炉(950℃)
冷却器
升华器
无水AlCl3
铝土矿
石油焦
NaCl固体
Cl2、
Al
O2
石油焦
CO、Cl2
(1)氯化炉中Al2O3、C12和C反应的化学方程式为_ 。
(2)用Na2SO3溶液可除去冷却器排出尾气中的Cl2,此反应的离子方程式为 。
(3)升华器中主要含有AlCl3和FeCl3,需加入一定量Al,其目的是 。
(4)为测定制得的无水AlCl3产品(含少量FeCl3杂质)的纯度,称取16.25 g无水AlCl3样品,溶于过量的NaOH溶液,过滤出沉淀物,沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重,残留固体质量为0.32 g。
①此过程涉及反应的离子方程式为 、 。
②AlCl3产品的纯度为_______。
(5)工业上另一种由铝灰为原料制备无水AlCl3工艺中,最后一步是由AlCl3·6H2O在氯化氢的气流中加热脱去结晶
10.(14分)硫酸铝铵常用于水的净化以及工业水的处理。硫酸铝铵是白色透明结晶硬块,易溶于热水,水溶液呈酸性;随温度升高、脱去结晶水,产生晶变。工业用铝土矿(主要成分Al2O3、少量SiO2、Fe2O3、MgO等)为原料制取硫酸铝铵的工艺流程示意图如下:
部分氢氧化物沉淀的pH如下表:
沉淀物
Al(OH)3
Fe (OH)3
Mg (OH)2
开始沉淀pH
3.8
2.7
9.4
完全沉淀pH
5.2
3.2
12.4
请回答下列问题:
(1)步骤③中调节pH使Fe (OH)3沉淀完全,检验Fe3+是否沉淀完全的操作是 。
(2)若X为NaOH ,步骤④中发生反应的离子方程式是 。
(3)用化学平衡移动原理解释步骤⑤中加入硫酸的作用 。
(4)硫酸铝铵水溶液呈酸性的原因是 (用离子方程式表示)。浓度均为0.1 mol/L硫酸铝和硫酸铝铵两种水溶液, c(Al3+) 较大的是 (填“硫酸铝铵”或“硫酸铝 ”)溶液。
(5)步骤⑥中,要求温度控制在90—100℃之间至硫酸铵全部溶解,其原因是 。
(6)步骤⑦的操作方法包括 。
1、(2013.西城)硫酸是用途广泛的化工原料,可作脱水剂、吸水剂、氧化剂和催化剂等。
(1)工业制硫酸铜的方法很多。
① 方法一、用浓硫酸和铜制取硫酸铜。该反应的化学方程式是_______,此法的最大缺点是_______。
② 方法二、用稀硫酸、铜和氧化铁制取硫酸铜,生产的主要过程如下图所示:
稀硫酸、铜和氧化铁反应的化学方程式是_______;向混合溶液中通入热空气的反应的离子方程式是_______;由滤液得到无水硫酸铜的实验操作是_______。
(2)氨法脱硫技术可吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫,同时制得硫酸铵。主要的工艺流程如下图所示:
① 吸收塔中发生反应的化学方程式是_______。
② 有数据表明,吸收塔中溶液的pH在5.5~6.0之间,生产效率较高。当控制一定流量的尾气时,调节溶液的pH的方法是_______。
2.(2013.西城)工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如下图所示:
请回答下列问题:
(1)在反应器中发生反应的化学方程式是_______。
(2)在膜反应器中发生反应:2HI(g)H2(g)+I2(g) ∆H>0。若在一定条件密闭容器中加入1 mol HI(g),n(H2)随时间(t)的变化关系如下图所示:
① 该温度下,反应平衡常数K=_______,若升高温度,K值将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
② 用化学平衡原理解释使用膜反应器及时分离出H2的目的是_______。
(3)电渗析装置如下图所示:
① 结合电极反应式解释阴极区HIx转化为HI的原理是____。② 该装置中发生的总反应的化学方程式是___。
(4)上述工艺流程中循环利用的物质是_______。
3、(2013.海淀)海洋资源的开发与利用具有广阔的前景。海水的pH一般在7.5~8.6之间。某地海水中主要离子的含量如下表:
成分
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
Cl-
SO42-
HCO3-
含量/mg∙L-1
9360
83
200
1100
16000
1200
118
(1)海水显弱碱性的原因是(用离子方程式表示): ,该海水中Ca2+的物质的量浓度为__________ mol/L 。
(2)电渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术,其原理如下图所示。其中阴(阳)离子交换膜只允许阴(阳)离子通过。
① 阴极的电极反应式为 。
② 电解一段时间,阴极区会产生水垢,其成分为CaCO3和Mg(OH)2,写出生成CaCO3的离子方程式 。③ 淡水的出口为a、b、c中的__________出口。
(3)海水中锂元素储量非常丰富,从海水中提取锂的研究极具潜力。锂是制造化学电源的重要原料,如LiFePO4电池某电极的工作原理如下图所示:
LiFePO4
FePO4
该电池电解质为能传导 Li+的固体材料。放电时该电极是电池的 极(填“正”或“负”),电极反应式为 。
(4)利用海洋资源可获得MnO2 。MnO2可用来制备高锰酸钾:将MnO2与KOH混合后在空气中加热熔融,得到绿色的锰酸钾(K2MnO4),再利用氯气将锰酸钾氧化成高锰酸钾。该制备过程中消耗相同条件下空气和氯气的体积比为___________________(空气中氧气的体积分数按20%计)。
4.(2013.海淀)PM2.5(可入肺颗粒物)污染跟冬季燃煤密切相关,燃煤还同时排放大量的SO2和NOX。旋转喷雾干燥法是去除燃煤烟气中二氧化硫的方法之一,工艺流程如下图所示:
净化气排空
水
熟化池
石灰浆
高速旋转
雾化器
生石灰
CaSO4
含SO2、O2、N2等的烟气
(1)写出高速旋转雾化器中发生反应的化学方程式_____________________________。
(2)在一定条件下,SO2可被氧气氧化,每生成8 g SO3气体,放出9.83 kJ的热量。写出该反应的热化学方程式 。
(3)500℃时,在催化剂存在条件下,分别将2 mol SO2和1 mol O2置于恒压容器I和恒容容器II中(两容器起始容积相同),充分反应,二者均达到平衡后:
① 两容器中SO3的体积分数关系是I____II(填“>”、“<”或“=”)。若测得容器II中的压强减小了30%,则该容器中SO2的转化率为 。
② t1时刻分别向两容器的平衡体系中加入2 mol SO3 ,则两容器中SO3的体积分数随时间变化曲线图正确的是_______(填序号)。
A B
C D
(4)NOx可用强碱溶液吸收产生硝酸盐。在酸性条件下,FeSO4溶液能将NO3-还原为NO,NO能与多余的FeSO4溶液作用生成棕色物质,这是检验NO3-的特征反应。写出该过程中产生NO反应的离子方程式 。
5、(2013.怀柔)绿矾(FeSO4·7H2O)是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑(含少量锡、氧化铁等杂质)为原料生产纯净绿矾的一种方法:
查询资料,得有关物质的数据如下表:
25℃时
pH值
饱和H2S溶液
3.9
SnS沉淀完全
1.6
FeS开始沉淀
3.0
FeS沉淀完全
5.5
(1)检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe3+,最好选用的试剂为 。
A.KSCN溶液 B.NaOH溶液 C.KMnO4溶液 D.苯酚溶液
(2)操作II中,通入硫化氢至饱和的目的是 ;在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是 。
(3)操作IV的顺序依次为 、冷却结晶、 。
(4)操作IV得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤,其目的是:①除去晶体表面附着的硫酸等杂质;② 。
(5)测定绿矾产品中Fe2+含量的方法是:a.称取2.850g绿矾产品,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.用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00mL。
①滴定时盛放KMnO4溶液的仪器为 (填仪器名称)。
②判断此滴定实验达到终点的方法是 。
③计算上述样品中FeSO4·7H2O的质量分数为 。
3.(14分)
(1) 2)Na2FeO4只在碱性环境中稳定存在,所以加入氢氧化钠可以调节溶液显碱性
(3)2Fe2+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O (4)2Fe3+ + 3ClO- + 10OH- = 2FeO42- + 3Cl- + 5H2O (5)高
(6)低 , 既能消毒杀菌又能净水(或无毒或方便保存等)
4. (共14分。每空2分)(1)正 O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 6(2)1﹕2 4Na + TiCl4 4NaCl + Ti
(3)① < ② CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) DH = kJ·mol-1
5.(13分)(1)①__ Al2O3_+ 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O__ 2分__ SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 2分
② 2Fe2+ +H2O2+2H+ = 2Fe3+ + 2H2O 2分③ 1~100nm 1分
(2)TiO2 + 4e- = Ti + 2O2-_ 2分 利用高温使碳与O2反应减小O2的浓度,并利用反应放热,使生成更多TiCl4 2分(3)TiO2(s) + 2Cl2(g) + C(s) = TiCl4(g) + CO2(g);△H= -243kJ/mol 2分
6.(15分)(1) ① Cl2 + S2-= 2Cl-+ S↓ (2分)有无色气泡产生,溶液出现浑浊(2分)② (4分)
假设
主要操作
现象
结论
假设1: Cl2与水反应生成有强氧化性的HClO,有漂白作用使红色褪去
取少量褪色溶液于试管中,滴加酚酞
显红色
假设1正确
假设2:
假设
主要操作
现象
结论
假设1: Cl2与水反应生成有强氧化性的HClO,有漂白作用使红色褪去
取少量褪色溶液于试管中,加入适量NaOH溶液
显红色
假设2正确
假设2:
(2) ① Cl2 (1分) SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4(2分)
② 苦卤样品的体积、Mg(OH)2沉淀的质量(2分) ③ 97.7 mol(2分)
7.(15分)(1) 负(2分) SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+ (2分)
利用上述电池,可回收大量有效能,副产品为H2SO4,减少环境污染,实现(能质)共生。(2分)
(2) ①防止亚硫酸铵被氧化(1分 ②ABCD(4分) ③ K2SO4在有机溶剂乙二醇中溶解度小,能充分析出(2分) ④ 4(NH4)2SO3+2NO2=4(NH4)2SO4+N2(2分)
8.(15分)(1)2Fe3+ + Fe === 3Fe2+ (2)b (3)过滤 (4)溶液中存在平衡:TiO2+ + 2H2O H2TiO3 + 2H+,当加入热水稀释、升温后,平衡正向移动,生成H2TiO3。 (3分)(说明:写出离子方程式或化学方程式得1分,从稀释和升温角度正确分析平衡移动各得1分。)
(5)MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O
通电
一定条件
(6)① 2O2- - 4e- == O2↑(同时写出C + O2 == CO2不扣分)或 C + 2O2- - 4e- == CO2↑
②制备TiO2时,在电解槽发生如下反应:2CaO === 2Ca + O2↑, 2Ca + TiO2 ====== Ti + 2CaO,
一定条件
由此可见,CaO的量不变。(两个方程式各1分,不写“一定条件”不扣分)或:制备TiO2时,在电解槽发生如下反应:阴极:2Ca2+ + 4e- == 2Ca 阳极:2O2- - 4e- == O2↑ 2Ca + TiO2 ====== Ti + 2CaO,
由此可见,CaO的量不变。(电极反应式和化学方程式各1分,不写“一定条件”不扣分)。
A12O3+3C12+3C
2A1C13+3CO
950℃
(2分)
9.(14分)
(1)
(2)SO32-+C12+H2O=SO42-+2C1-+2H+(2分) (3)除去FeCl3(2分)
(4)①Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓ (2分) Al3++4OH-=AlO2-+2H2O(2分)②96%(2分)
(5)Al3+ + 3 H2O Al(OH)3 + 3 H+ ,抑制AlCl3水解(2分)
10.(14分)(1)取少量溶液C于试管中,加入2~3滴KSCN溶液,若溶液变成红色,说明Fe3+未沉淀完全;若溶液不变色,说明Fe3+已沉淀完全。 (2分)
(2)Al3+ ﹢3OH-= Al (OH)3↓ (2分)
(3)由于硫酸电离出氢离子与 氢氧化铝电离出氢氧根离子反应生成水,使Al (OH)3溶解平衡右移,至Al (OH)3溶解。(2分)
(4)Al3+﹢3H2O Al (OH)3 ﹢3H+ ; NH4+ + H2O NH3·H2O + H+ (2分) 硫酸铝铵 (2分)
(5)因为硫酸铝铵易溶于热水,有利于生成;随温度升高、脱去结晶水,产生晶变。所以温度控制在90—100℃之间。(2分)(6)冷却,结晶、过滤、洗涤、干燥 (2分)
3答案(15分)(1) HCO3-+H2OH2CO3+OH- 5×10-3
(2)①2H2O+2e- = H2↑+ 2OH-(2H++2e-=H2↑)②Ca2++OH-+HCO3-= CaCO3↓+H2O ③ b (1分)
(3)正 FePO4+e- +Li+=LiFePO4(4)5:1
答案(12分)(1)2SO2 + 2Ca(OH)2 + O2 = 2CaSO4 +2 H2O (2)2SO2(g) + O2(g) = 2 SO3(g) △H = -196.6 kJ/mol
(3)① > 90% ② A(4)3Fe2+ + NO3- + 4H+ = 3Fe3+ + NO↑+2H2O
5、1)AD (2分)(2)除去溶液中的Sn2+离子,并防止Fe2+被氧化(2分);防止Fe2+离子生成沉淀(2分)
(3)蒸发浓缩 (1分) ;过滤洗涤(1分) (4)降低洗涤过程中FeSO4·7H2O的损耗(2分)
(5)①酸式滴定管 (1分)
②滴加最后一滴KMnO4溶液时,溶液变成浅红色且半分钟内不褪色。(2分)③0.975(2分)