【題目】無色透明的鋯石(主要成分為ZrSiO4)酷似鉆石,是很好的鉆石代用品。鋯石又稱鋯英石,常含有鐵、鋁、銅的氧化物雜質(zhì)。工業(yè)上一種以鋯英石為原料制備ZrO2的工藝流程如圖所示:
己知:i.Zr在化合物中通常顯+4價,“氯化”過程中除C、O元素外,其他元素均轉(zhuǎn)化為高價氯化物;
ii.SiC14極易水解生成硅酸;ZrC14易溶于水,390℃升華;
iii.Fe(SCN)3難溶于有機溶劑MIBK,Zr(SCN)4在水中的溶解度小于在有機溶劑MIBK中的溶解度。
請回答下列問題:
(1)“粉碎”鋯英石的目的為 ___。
(2)①“氯化”過程中,鋯英石發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ___。
②“氯化”過程中ZrC14的產(chǎn)率與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示:
由圖可知,“氯化”過程選擇的最佳條件為____,“氯化”溫度超過390℃時,ZrC14產(chǎn)率降低的原因為 ___。
(3)“濾液1”中含有的陰離子除OH-、Cl-外,還有 _______。
(4)①常用的銅抑制劑有NaCN(氰化鈉),NaCN可與銅離子反應(yīng)生成Cu(CN)2{Ksp[Cu(CN)2]=4×10-10}沉淀。己知鹽酸溶解后的溶液中Cu2+的濃度為1 molL-1,當(dāng)溶液中Cu2+濃度不大于1×10-6 molL-1時即達到后續(xù)生產(chǎn)的要求,則欲處理1L該溶液至少需要2molL-1的NaCN溶液的體積為____L(溶液混合時的體積變化忽略不計,計算結(jié)果保留兩位小數(shù))。
②由于氰化鈉有劇毒,所以需要對“廢液”中的氰化鈉進行處理,通常選用漂白粉或漂白液在堿性條件下將氰化鈉氧化,其中一種產(chǎn)物為空氣的主要成分。請寫出在堿性條件下漂白液與氰化鈉反應(yīng)的離子方程式____。
(5)通過“萃取”“反萃取”可以分離鐵,富集鋯,原理為____。
【答案】增大反應(yīng)物接觸面積,縮短“氯化”時間,提高鋯英石的轉(zhuǎn)化率 ZrSiO4+4Cl2+4CO===ZrCl4+SiCl4+4CO2 1 MPa、390℃ 溫度高于390℃,ZrCl4因升華而逸出 AlO2-、SiO32- 1.02 2CN-+5ClO-+2OH-===2CO32-+5Cl-+N2↑+H2O “絡(luò)合”后Fe3+和Zr4+分別與NH4SCN反應(yīng)生成Fe(SCN)3和Zr(SCN)4,Fe(SCN)3難溶于MIBK,Zr(SCN)4則被MIBK萃取,進入有機層,再利用H2SO4反萃取Zr(SCN)4,從而達到分離鐵,富集鋯的目的
【解析】
由題干可知,天然鋯英石的主要成分是ZrSiO4,常含有Fe、Al、Cu等金屬的氧化物雜質(zhì)。根據(jù)反應(yīng)流程,將粉碎后的天然鋯英石用CO和Cl2氯化,得到ZrCl4、SiCl4、AlCl3、FeCl3、CuCl2,之后用NaOH溶液堿浸,SiCl4、AlCl3被溶解為硅酸鈉、偏鋁酸鈉,過濾后得到濾液1,ZrCl4、FeCl3、CuCl2與NaOH反應(yīng)生成Zr(OH)4、Fe(OH)3、Cu(OH))2沉淀,過濾后得到濾渣1。濾渣1用鹽酸溶解得到ZrCl4、FeCl3、CuCl2的混合溶液,向其中加入銅抑制劑(可以是NaCN,生成沉淀為Cu(CN)2)除去銅,濾渣2即為Cu(CN)2。向濾液2加入NH4SCN,NH4SCN與ZrCl4、FeCl3發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)得到Fe(SCN)3和Zr(SCN)4,加入有機溶劑MIBK萃取,已知Fe(SCN)3難溶于MIBK,Zr(SCN)4易溶于MIBK,所以分液后,Zr(SCN)4在有機層MIBK中。用硫酸將含有Zr(SCN)4的有機層反萃取,使Zr(SCN)4分離出MIBK,通入氨氣實現(xiàn)沉鋯,最后沉淀經(jīng)過煅燒得到ZrO2。
結(jié)合上述
(1)鋯英石“粉碎”后表面積增大,反應(yīng)速率加快,“氯化”時間縮短,鋯英石的轉(zhuǎn)化率提高。故答案為:增大反應(yīng)物接觸面積,縮短“氯化”時間,提高鋯英石的轉(zhuǎn)化率;
(2)①根據(jù)已知條件i可知,“氯化”過程中除C、O元素外,其他元素均轉(zhuǎn)化為高價氯化物,Zr在化合物中通常顯+4價,因此“氯化”過程中,鋯英石發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為ZrSiO4+4Cl2+4CO===ZrCl4+SiCl4+4CO2,此反應(yīng)體系為無水體系,SiCl4不水解,故答案為:ZrSiO4+4Cl2+4CO===ZrCl4+SiCl4+4CO2;
②由圖可知,壓強和溫度都會影響ZrCl4的產(chǎn)率,圖中“氯化”過程中ZrCl4的產(chǎn)率最高時的條件為1 MPa、390℃。由已知條件ii可知ZrCl4易溶于水,390℃升華,因此若“氯化”溫度超過390℃,ZrCl4因升華而逸出,導(dǎo)致其產(chǎn)率降低,故答案為:1 MPa、390℃;溫度高于390℃,ZrCl4因升華而逸出;
(3)“氯化”后“堿浸”,“氯化”產(chǎn)物ZrCl4與NaOH反應(yīng)生成難溶于水的Zr(OH)4,SiCl4水解生成的H2SiO3與NaOH反應(yīng)生成Na2SiO3,Fe3+、Cu2+轉(zhuǎn)化為沉淀,Al3+與過量NaOH溶液反應(yīng)生成AlO2-,因此,“濾液1”中含有的陰離子除0H、CI外,還有AlO2-、SiO32-,故答案為:AlO2-、SiO32-;
(4)①1 L Cu2+濃度為1 mol/L的溶液中n(Cu2+)=1 mol,消耗2 mol NaCN。c(Cu2+) =1×10-6 mol/L時,,設(shè)至少需要NaCN溶液的體積為V L,則2V-2 =2×10-2×(V+1),解得V≈1.02,故答案為:1.02;
②選用漂白粉或漂白液在堿性條件下將氰化鈉氧化,其中一種產(chǎn)物為空氣的主要成分,即為N2,因此漂白液與氰化鈉反應(yīng)的離子方程式為:2CN-+5ClO-+2OH-===2CO32-+5Cl-+N2↑+H2O,故答案為:2CN-+5ClO-+2OH-===2CO32--+N2↑+H2O ;
(5)“濾液2”中含有Fe3+和Zr4+,“絡(luò)合”后形成Fe(SCN)3和Zr(SCN)4,由已知條件iii可知Fe(SCN)3難溶于MIBK,Zr(SCN)4在水中的溶解度小于在有機溶劑MIBK中的溶解度,通過萃取Zr(SCN)4進入有機層,Fe(SCN)3留在水層,再利用用硫酸將含有Zr(SCN)4的有機層反萃取,從而達到分離鐵而富集鋯的目的,故答案為:“絡(luò)合”后Fe3+和Zr4+分別與NH4SCN反應(yīng)生成Fe(SCN)3和Zr(SCN)4,Fe(SCN)3難溶于MIBK,Zr(SCN)4則被MIBK萃取,進入有機層,再利用H2SO4反萃取Zr(SCN)4,從而達到分離鐵,富集鋯的目的。
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【題目】濃硫酸分別和三種鈉鹽反應(yīng),下列分析正確的是
A. 對比①和②可以說明還原性Br->Cl-
B. ①和③相比可說明氧化性Br2>SO2
C. ②中試管口白霧是HCl遇水蒸氣所致,說明酸性H2SO4>HCl
D. ③中濃H2SO4被還原成SO2
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【題目】德國化學(xué)家哈伯在合成氨方面的研究促進了人類的發(fā)展。合成氨的工業(yè)流程如圖,下列說法錯誤的是
A.增大壓強既可以加快反應(yīng)速率,又可以提高原料轉(zhuǎn)化率
B.升高溫度可提高平衡轉(zhuǎn)化率
C.冷卻過程中采用熱交換有助于節(jié)約能源
D.原料循環(huán)可提高其利用率
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【題目】在實驗室以硼鎂礦(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)為原料制備硼酸(H3BO3),其流程如圖1所示,硫酸鎂和硼酸的溶解度隨溫度的變化曲線如圖2所示。
請回答下列問題:
(1)流程中“反應(yīng)”的實驗裝置如下圖所示:
①反應(yīng)時需控制在95℃進行,控制反應(yīng)溫度的適宜方法是____________________。
②反應(yīng)產(chǎn)生的氣體需要凈化處理,請從下圖中選擇合適的裝置__________(填字母代號)。
(2)實驗中得到的粗硼酸還需要重結(jié)晶進行提純,重結(jié)晶得到的母液可以在下一次重結(jié)晶時重復(fù)使用,但達到一定次數(shù)后必須凈化處理,原因是______________________。
(3)實驗時若被強堿濺到,先用大量水沖洗,水洗后再涂上硼酸溶液,寫出有關(guān)離子方程式:____________。
(4)滴定硼酸時不能直接滴定,因為硼酸是很弱的酸,Ka=5.7×10-10。滴定前,須先將硼酸與甘油作用生成甘油硼酸,Ka=8.4×10-6,然后用酚酞作指示劑,再用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。已知硼酸的摩爾質(zhì)量為61.8 g·mol-1,滴定前稱取3.00 g硼酸試樣,配成250mL溶液,每次取25.00mL于錐形瓶中滴定,消耗0.200 0 mol·L-1 NaOH標(biāo)準(zhǔn)液的平均體積為20.00 mL。
①計算所得硼酸的純度=__________。
②若用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液直接滴定硼酸,則硼酸的純度將__________(填字母代號)。
A.偏大 B.偏小 C.無影響 D.無法確定
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【題目】某固體混合物中可能含有: K+、 Na+、Clˉ、CO32ˉ、SO42ˉ等離子,將該固體溶解所得到的溶液進行如下實驗:
下列說法正確的是
A. 該混合物一定是K2CO3和 NaCl B. 該混合物可能是 Na2CO3和 KCl
C. 該混合物一定是Na2CO3和 NaCl D. 該混合物可能是 Na2SO4和 Na2CO3
【答案】B
【解析】焰色反應(yīng)呈黃色,說明一定含有Na+;加入過量硝酸鋇生成能溶于鹽酸的沉淀,原溶液一定含有CO32ˉ,一定不含SO42ˉ;加入過量硝酸鋇后的濾液中加入硝酸酸化的硝酸銀,生成白色沉淀,則原溶液一定含有Clˉ;根據(jù)以上分析,一定含有Na+、Clˉ、CO32ˉ,一定不含SO42ˉ,可能含有K+;所以該混合物可能是 Na2CO3、 KCl或K2CO3、NaCl,故B正確。
【題型】單選題
【結(jié)束】
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【題目】一定量的鈉和鋁的混合物與足量的水充分反應(yīng),沒有金屬剩余,收到2.24L氣體,下列說法一定正確的是
A. 所得氣體為氫氣 B. 所得氣體的物質(zhì)的量為 0.1 mol
C. 上述過程只發(fā)生一個化學(xué)反應(yīng) D. 所得溶液中只有一種溶質(zhì)
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【題目】某烴A是有機化學(xué)工業(yè)的基本原料,其產(chǎn)量可以用來衡量一個國家的石油化工發(fā)展水平,A還是一種植物生長調(diào)節(jié)劑,A可發(fā)生如圖所示的一系列化學(xué)反應(yīng),其中①②屬于同種反應(yīng)類型。根據(jù)圖回答下列問題:
(1)寫出A、B、C、D的結(jié)構(gòu)簡式:A______,B_______,C_______,D_______。
(2)寫出②、④兩步反應(yīng)的化學(xué)方程式,并注明反應(yīng)類型:
②______________,反應(yīng)類型___________。
④______________,反應(yīng)類型___________。
(3)工業(yè)上制取A的主要方法是_____,實驗室制取A的反應(yīng)條件是______,實驗室制取A時,會生成黑色固體,并放出刺激性氣味的氣體,檢驗該氣體可以用______溶液;黑色固體與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生該氣體時,體現(xiàn)了濃硫酸的_____性
(4)D_____(填“有”或“沒有”)固定熔點。
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【題目】25℃時,F(xiàn)e(OH)2和Cu(OH)2的飽和溶液中,金屬陽離子的物質(zhì)的量濃度的負對數(shù)[一lg c(M2+)]與溶液pH的變化關(guān)系如圖所示,已知該溫度下,Ksp[Cu(OH)2]2],下列說法正確的是 ( )
A. b線表示Fe(OH)2飽和溶液中的變化關(guān)系,且Ksp[Fe(OH)2]=10-15.1
B. 當(dāng)Fe(OH)2和Cu(OH)2沉淀共存時,溶液中:C(Fe2+):C(Cu2+):1:104.6
C. 向X點對應(yīng)的飽和溶液中加入少量NaOH,可轉(zhuǎn)化為Y點對應(yīng)的溶液
D. 除去CuSO4溶液中含有的少量Fe2+,可加入適量Cu0
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【題目】用石墨電極完成下列電解實驗
實驗一 | 實驗二 | |
裝置 | ||
現(xiàn)象 | a、d處試紙變藍;b處變紅,局部褪色;c處無明顯變化 | 兩個石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生;n處有氣泡產(chǎn)生…… |
下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是( )
A. a、d處:2H2O+2e-=H2↑+2OH- B. b處:2Cl--2e-=Cl2↑
C. c處發(fā)生了反應(yīng):Fe-2e-=Fe2+ D. 根據(jù)實驗一的原理,實驗二中m處能析出銅
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【題目】CO2的回收與利用是科學(xué)家研究的熱點課題?衫CH4與CO2制備合成氣(CO、H2),還可制備甲醇、二甲醚、低碳烯經(jīng)等燃料產(chǎn)品。
I.科學(xué)家提出制備“合成氣”反應(yīng)歷程分兩步:
反應(yīng)①:CH4(g)C(ads) +2H2(g) (慢反應(yīng))
反應(yīng)②:C(ads) + CO2(g)2CO(g) (快反應(yīng))
上述反應(yīng)中C(ads)為吸附性活性炭,反應(yīng)歷程的能量變化如圖:
(1)CH4與CO2制備合成氣的熱化學(xué)方程式為____________:該反應(yīng)在高溫下可自發(fā)正向進行的原因是_________,能量變化圖中:E5+E1___E4+E2(填“>”、“<”或“=”)。
II.利用“合成氣”合成申醇后,脫水制得二甲醚。
反應(yīng)為:2CH3OH(g)CH3OCH3 (g) + H2O(g) △H
經(jīng)查閱資料,在一定范圍內(nèi),上述反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)與熱力學(xué)溫度存在如下關(guān)系:lnKc=-2.205+。其速率方程為:v正=k正c2(CH3OH),v逆=k逆c(CH3OCH3)c(H2O),k正、K逆為速率常數(shù),且影響外因只有溫度。
(2)反應(yīng)達到平衡后,僅升高溫度,k正增大的倍數(shù)________ k逆增大的倍數(shù)(填“>”、“<”或“= ”)。
(3)某溫度下,Kc=200,在密閉容器中加入一定量CH3OH。反應(yīng)到某時刻測得各組分的物質(zhì)的量如下:
物質(zhì) | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
物質(zhì)的量/mol | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
此時正、逆反應(yīng)速率的大小:v正 ____v逆(填“>”、“<”或“=”)。
(4)500K下,在密閉容器中加入一定量甲醇CH3OH,反應(yīng)到達平衡狀態(tài)時,體系中CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為_____(埴標(biāo)號)
A. B. C. D.無法確定
Ⅲ.合成低碳烯經(jīng)
(5)強堿性電催化還原CO2制備乙烯研究取得突破進展,原理如圖所示。b極接的是太陽能電池的_______極(已知PTFE浸泡了飽和KCl溶液)。請寫出陰極的電極反應(yīng)式______。
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