化学实验与工艺流程

化学实验与工艺流程

现代用于实际化工生产的化学工艺流程是建立在化学实验基础之上的，在高考命题中往往是将化学工艺流程进行简化，与化学实验基本操作、循环经济、环境保护等融合起来，考查考生学以致用的化学理念。

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复习时要针对所涉及的典型工艺流程（如硫酸工业、硝酸工业、合成氨工业、氯碱工业、金属冶炼、自来水生产流程等）进行分析，理解工艺流程中设备、操作等的意义，学会阅读简单的流程图。

以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：

（1）将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整

（2）接触室中发生反应的化学方程式是_____________________________ （3）依据工艺流程图判断下列说法正确的是（选填序号字母）___________ 。 a．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎 b．过量空气能提高SO2的转化率

c．使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率 d．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁

（4）每160 g SO3气体与H2O化合放出260.6 kJ的热量，该反应的热化学方程式是___________________ （5）吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐。

①SO2：既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2。SO2吸收Br2的离子方程式是________________________________。

②为测定该铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐分别加入到 50.00 mL相同浓度的NaOH溶液中，沸水浴加热至气体全部逸出（此温度下铵 盐不分解），该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量。 部分测定结果： 铵盐质量为10. 00 g和20. 00 g时，浓硫酸增加的质量相同；铵盐质量为30. 00 g 时，浓硫酸增加的质量为0. 68 g；铵盐质量为40.00 g时，浓硫酸的质量不变。 计算：该铵盐中氮元素的质量分数是____%；若铵盐质量为15. 00 g，浓硫酸增加的质量为____________________________ 。（计算结果保留两位小数）

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（1）FeS2 （2）（3）abd

（4） SO3(g)+H2O(1) =H2SO4(1);△H= - 130.3 kJ/mol

（5）①SO2 +Br2 +2H2O===4H+ +2Br- +SO42- ；②14. 56； 2.31 g

2.一种新型的高效净水剂PAFC（聚合氯化铁铝[AiFe(OH)nCI6－n]m）,广泛用于日常生活用水和工业污水的处理。某化工厂欲以工业生产废料（金属铁、铝及其氧化物）为原料制取PAFC，设计生产流程如下： Fe AI FeO 取样分析 Fe2O3 Fe3O4 过量２mol/ 水解 PH值 聚合 PAFC AI2O3 稀盐酸 酸性溶液 氧化调节 、 I II NaCIO3 HCI（或NaOH） 请回答下列问题：

（1）用10mol/l浓盐酸配制2mol/l的稀盐酸。所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外，还有______。

A．容量瓶 B．烧杯 C．烧瓶 D．胶头滴管 （2）步骤I中加入过量稀盐酸的目的是___________________________________ （3）下列关于PAFC的说法中下列的是_______

A.PAFC具有较强的氧化性 B.PAFC中Fe显+2价

C.PAFC溶于水能电离出OH- D.PAFC在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在 （4）步骤II中取样分析的目的是_________

＋＋

A.测定溶液中Fe2与Fe3的含量比 B.测定原料是否完全溶解

＋

C.测定溶液中Fe2的含量，以确定加入NaCIO3的量

＋

D.测定溶液中AI3的含量

（5）向该溶液中加入NaCIO3时，发生反应的离子方程式是_____________

(6)该化工厂的化验室为测定产品PAFC中AI和Fe的含量，进行下列试剂的选择和基本操作： ①测定所需要的试剂有_____ A.NH3.H2O B．NaOH溶液 C．CO2 D．NaCIO3 ②测定量直接测定的是______和________的质量（填化学式）。 ③在测定过程中的操作顺序是__________

A.萃取 B.分液 C.过滤 D.蒸发 E.洗涤 F.称量 G.灼烧 H.冷却

＋＋＋＋＋－＋－

答案：(1)ABD (2)抑制Fe2.Fe3.AI3的水解(3)AD (4)c.(5)6Fe2＋6H＋CIO3=6Fe3＋CI＋3H2O (6)①BC ②AI2O3 Fe2O3 ③CEGHF

误点警示

本题的易错点主要有：一是不清楚所加药品在物质转换中的作用，一般地讲，要从以下几个方面去分析所加药品的作用:①是否是沉淀剂？②是否是氧化剂？③是否是抑制剂？二是离子方程式的书写，找不出氧化剂和还原剂，反应前后元素的化合价的变化而易出错，信息型氧化还原反应方程式的书写是理科综合中重要的命题点，要引起高度重视；三是由于对元素化合物知识和基本实验操作掌握不熟练，对流程图理解不透彻，因而无法正确分析出需要测量的数据和操作顺序。

1.某版本的化学教材中安排了如图所示“合成氨”的演示实验（夹持仪器均已省略）。在Y形管的一侧用Zn粒和稀H2SO4反应制取H2，另一侧用NaNO2固体和饱和NH4Cl溶液反应制取N2，N2和H2混合通过还原铁粉来合成NH3，再将产生的气体通入酚酞试液中，若酚酞试液变红，即说明产生了氨气。

某课外活动小组通过查阅资料和多次实验，得到了如下信息：

信息一：NaNO2固体和饱和NH4Cl溶液混合加热的过程中发生了如下反应：

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酚酞变红所需时间/min 8～9 7～8 6～7 3～4 9～10

信息二：不同体积比的N2、H2混合气体在相同实验条件下合成氨，使酚酞试液变红所需要的时间如下： 据此回答下列问题：

（1）Y形管左侧管中发生反应的化学方程式为___________________。 （2）石棉绒的作用是___________________________________________。

（3）课外小组的同学们认为，该实验中即使酚酞试液变红也不能说明N2和H2反应合成了NH3，得出此结论的理由是______________________，请你另设计一个简单的实验验证你的理由_________________________________________________________________；

欲解决这一问题，可以选用下图中的________装置连接在原装置中的________和_______之间。

（4）在上述实验过程中，为尽快观察到酚酞变红的实验现象，应该控制N2和H2的体积比为_________比较适宜；但该装置还难以实现此目的，原因是__________________。

（5）实验过程中通入试管C中的气体的成分有__________________________。

解题思路：（1）根据题目提供的实验装置和实验目的可知。Y型管的左端制备H2右侧制备N2，实验室一般用锌粒与稀盐酸反应制H2，故其离子方程式是为：答案：(1)Zn＋2H=Zn＋H2↑(2)增大混合气体与催化剂还原铁粉的接触面积，。（2）石棉绒是一种性能稳定的物质，在实验室中一般作为载体使用，在这里将还原性铁粉均匀分散在石棉绒上，能增大N2和H2混合气体与催化剂的接触面积，从而使反应进行得更为充分 。(3)根据信息可知，NaNO2固体与饱和NH4CI溶液反应过程中能产生NH3，因此不能确定使酚酞试液变红的NH3是N2与H2反应生成的。可在装置A.B之间连接一个能除去NH3的装置，从而排除NaNO2固体与饱和NH4CI溶液反应生成NH3带来的干扰。根据装置①～③的结构和所盛装的药品，应选用装有浓硫酸且能防倒吸的装置③。要证明NaNO2固体与饱和NH4CI溶液反应产生产生NH3，只要把反应产生的气体直接通入酚酞试液，观察其颜色变化即可。（4）根据信息二提供的数据，不难发现当N2和H2的体积比为1：3时使酚酞试液变色的时间最短，故N2和H2的体积比为1:3时比较适宜。可以将N2和H2用不同的导管一起通入浓硫酸中，通过测定单位时间内产生气泡的个数可控制二者的体积比，但实验中并没有这样的装置 ，因而达不到的控制N2.和H2的体积比的目的 。5)由于合成氨的反应为可逆反应，反应后的混合物中应含有N2.H2.NH3.

方法探究：本题将合成氨的过程与实验设计。信息数据处理融合在一起，思维空间大，能够很好地考查考生整合知识的能力，符合高考的命题趋势。解答时要仔细阅读分析题述信息和装置与所要回答的问题之间的联系，从而得出正确答案。回答时要注意语言的简洁和准确。

钛（Ti）被称为继铁、铝之后的“21世纪金属”金属，应用前景广泛．如图所示，将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链可以大大提高资源利用率，减少环境污染．请填写下列空白：

＋

2＋

N2和H2的体积比 5︰1 3︰1 1︰1 1︰3 1︰5

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（1）电解食盐水总反应的离子方程式是2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑ （2）写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式 2FeTiO3+6C+7Cl2 2TiCl4+2FeCl3+6CO （3）已知：①Mg（s）+Cl2（g）=MgCl2（s）△H=-641kJ/mol；②Ti（s）+2Cl2（g）=TiCl4（s）△H=-770kJ/mol． 下列说法中正确的是 c. A．Mg的燃烧热为641kJ/mol B．Ti的能量一定比TiCl4高 C．等质量的Mg（s）、Ti（s）足量的氯气反应，前者放出的热量多 D．该冶炼Ti法对环境友好 （4）某厂日合成甲醇8.1t，理论上需氢气 0.5 t （不考虑生产过程中的损失）． （5）以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池．该电池中正极上的电极反应式是O2+2H2O+4e-=4OH- 考点：金属冶炼的一般原理；热化学方程式；电极反应和电池反应方程式． 专题：电化学专题；金属概论与碱元素． 分析：（1）电解食盐水生成NaOH、H2和Cl2，以此书写离子方程式； （2）从图示可知氯化时的反应物为FeTiO3、C、Cl2，生成物为FeCl3、TiCl4、CO，再根据得失电子和原子守恒即可得出该反应的方程式； （3）A．根据燃烧热的定义判断； B．反应热为反应物总能量与生成物总能量的差值； C．根据方程式计算； D．该冶炼过程使用了有毒Cl2，对环境有影响． （4）根据反应的关系式计算； （5）碱性甲醇电池中，O2在正极得电子发生还原反应． （3）A．Mg不是在O2中燃烧，故641kJ/mol不能称其燃烧热，故A错误； B．反应Ti（s）+2Cl2（g）=TiCl4（s）为放热反应，1mol Ti（s）和2mol Cl2（ g）的总能量大于1mol TiCl4（ s）的总能量，故B错误； C．假设质量均为24g，则Mg（s）与足量Cl2（g）反应放出641kJ热量，24gTi（s） 与足量Cl2（g）反应放出的热量= 24g?770Kj/mol?385kJ,故C正确； 48g/molD．该冶炼过程使用了有毒Cl2，对环境有影响．故D错误． 第 4 页,共 10页