硼酸(H3BO3)大量应用于玻璃制造行业,以硼镁矿(2MgO•B2O3•H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3)为原料生产硼酸的工艺流程如下:
题型:不详难度:来源:
硼酸(H3BO3)大量应用于玻璃制造行业,以硼镁矿(2MgO•B2O3•H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3)为原料生产硼酸的工艺流程如下:
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200124/20200124172912-94225.jpg) 已知:H3BO3在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0g、8.7g、14.8g、40.2g。Fe3 +、Al3+、Fe2 +和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH分别为3. 2、5.2、9.7和12.4。 (1)由于矿粉中含CaCO3,“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器溢出,故应分批加入稀硫酸。该反应的化学方程式为 。 (2)“浸出液”显酸性,含H3BO3和Mg2+、SO42-,还含有Fe3 +、Fe2+、Ca2+、Al3+等杂质。“除杂”时向浸出液中依次加入适量H2O2和MgO,除去的杂质离子是 。H2O2的作用是 (用离子方程式表示)。 (3)“浸取”后,采用“热过滤”的目的是 。 (4)“母液”可用于回收硫酸镁,已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如下图,且溶液的沸点随压强增大而升高。为了从“母液”中充分回收MgSO4•H2O,应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩, 。
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200124/20200124172912-54286.jpg) |
答案
32.(16分) (1)CaCO3(粉末)+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2↑ (3分) (2)Fe3+、Fe2+、Al3+ (3分,每个1分) H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O (3分) (3)防止温度下降时H3BO3从溶液中析出(意思相同即可给分。例如:从H3BO3溶解度数据可知,温度较高时,H3BO3溶解度较大,不易从溶液中析出。) (3分) (4)加压升温结晶 (4分,加压、升温结晶各2分) |
解析
试题分析:(1)由于硫酸的酸性比碳酸强,则矿粉中的碳酸钙与加入的稀硫酸能发生复分解反应,生成硫酸钙、二氧化碳气体和水,即CaCO3(粉末)+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2↑,粉末状碳酸钙及分批加入稀硫酸能加快反应速率、防止微溶的硫酸钙覆盖在碳酸钙固体表面阻止反应的顺利进行;根据流程图及题意可知,浸取时2MgO•B2O3•H2O及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3都能溶于稀硫酸,而SiO2不能溶于稀硫酸;(2)双氧水是常用的绿色氧化剂,所含氧元素由—1价降低为—2价,杂质阳离子中只有亚铁离子能被其氧化为铁离子,即H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O;由于铁离子和铝离子能够水解,即Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+、Al3++3H2O Al(OH)3+3H+,用稀硫酸浸取及浸出液呈酸性时,能抑制铁离子和铝离子的水解,加入过氧化氢和氧化镁时,能消耗氢离子、生成水且不引入新的杂质阳离子,即MgO+2H+=Mg2++H2O,减小氢离子浓度,增大溶液pH至3.2时,促进铁离子水解到底,即亚铁离子转化为铁离子,铁离子完全沉淀为氢氧化铁,增大溶液pH至5.2时,促进铝离子水街到底,即铝离子完全沉淀为氢氧化铝沉淀,因此加入适量过氧化氢和氧化镁除去的杂质离子是Fe3+、Fe2+、Al3+;(3)浸取时二氧化硅不溶于稀硫酸,浸取反应生成硫酸钙微溶于水,其余物质溶解后变为硼酸、硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸镁,根据已知信息,H3BO3在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0g、8.7g、14.8g、40.2g,为了除去固液混合物中的二氧化硅和硫酸钙,且不能损失硼酸,因此应选择硼酸溶解度最大时的温度,进行趁热过滤,防止温度下降时H3BO3从溶液中析出;(4)除杂时,所得滤渣的主要成分是氢氧化铁、氢氧化铝,而母液的主要成分是硼酸、硫酸镁;为了从“母液”中充分回收MgSO4•H2O,根据硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线的已知信息推断,若蒸发浓缩、冷却结晶得到的是MgSO4•7H2O晶体,因此应该蒸发浓缩,升温结晶;根据溶液的沸点随压强增大而升高的已知条件,为了防止蒸发时液体沸腾,影响结晶,还要加压结晶,防止蒸发浓缩时溶液沸腾,从而得到MgSO4•H2O晶体。 |
举一反三
回收再利用锗产品加工废料,是生产GeO2的重要途径,其流程如下图:
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200124/20200124172905-71425.png) (1)Ge2+与氧化剂H2O2反应生成Ge4+,写出该反应的离子方程式 。 (2)蒸馏可获得沸点较低的GeCl4,在此过程中加入浓盐酸的原因是 。实验室蒸馏操作时常用的玻璃仪器有:酒精灯、蒸馏烧瓶、 、 、接收管、锥形瓶等。 (3)GeCl4水解生成GeO2·nH2O,此过程用化学方程式可表示为 。 温度对GeCl4的水解率产生的影响如图1所示,其原因是 。 为控制最佳的反应温度,实验时可采取的措施为 (填序号)。
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200124/20200124172905-37580.png) A.用冰水混合物 B.49℃水浴 C.用冰盐水 (4)结合Ge在元素周期表中的位置及“对角线”法则,分析GeO2溶解率随pH 变化的原因 ,用离子方程式表示pH>8时GeO2溶解率增大可能发生的反应 。
pH
| 4
| 5
| 6
| 7
| 8
| 9
| 溶解率/%
| 47.60
| 32.53
| 11.19
| 5.27
| 1.96
| 8.85
| |
TiO2俗称钛白粉,用途广泛,现正广泛开发,将来有机会成为新工业。工业上利用TiO2制备金属钛的流程如下。
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200124/20200124172901-45483.png) 已知:I. Ti(s)+O2(g)=TiO2(s) △H=-946 kJ·mol-1 2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H=-221 kJ·mol-1 Ti(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g) △H=-815 kJ·mol-1 II.某温度下各物质的沸点如下:
物质
| TiCl4
| FeCl3
| SiCl4
| AlCl3
| 沸点/℃
| 136
| 310
| 56.5
| 180
| 回答下列问题: (1)在氯化工序中发生反应:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(g)+2CO (g) 。试计算其反应的△H= kJ•mol-1;反应的平衡常数表达式K= ,在下图中作出TiCl4达到平衡后百分含量随温度的变化趋势图。
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200124/20200124172901-11229.png) (2)氯化过程中带入的副产物有FeCl3、SiCl4和AlCl3,可用 方法获得较纯净的TiCl4。 (3)TiO2与Cl2反应:TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(l)+O2(g)△H=+151kJ•mol-1。该反应在高温条件下但难以发生,但加入碳后反应能顺利进行,试解析上述原因 (4)还原工序要在惰性气体的气氛中进行的理由是_______________________。 (5)制取Ti的新工艺是用二氧化钛作阴极,以石墨为阳极,以CaCl2熔盐做电解质(在熔融状态下能传导O2-),电解而得到Ti,该工艺具有操作简单,成本低,无污染等优点,写出电解制备金属钛时阴极的电极反应式: 。 |
工业上用重晶石(BaSO4)制备BaCO3的常用方法主要有高温锻烧还原法、沉淀转化法等。高温煅烧还原法的工艺流程可简单的表示如下:
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200124/20200124172855-83148.jpg) (1)若“煅烧”时产生一种有毒的还原性气体,则反应的化学方程式为______。 (2)工业上煅烧重晶石矿粉时,为使BaSO4得到充分的还原和维持及应所需的高温,应采取的措施是______。 a.加人过量的炭,同时通入空气 b.设法将生成的BaS及时移出 (3)在第一次过滤后洗涤,检验是否洗涤干净的试剂最好是______。 (4)沉淀转化法制备BaCO3可用饱和Na2CO3溶液将BaSO4转化为BaCO3: BaSO4 (s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq) 则:①在实验室将少量BaSO4固体全部转化为BaCO3的实验操作方法与步骤为______。 ②与高温煅烧还原法相比,沉淀转化法的优点主要有______。 ③已知:Ksp(BaCO3)=2.40×10-9,Ksp(BaSO4)=1.20×10-10。现欲用沉淀转化法将BaSO4转化为BaCO3,该反应的平衡常数为______。如用1.00 L 0. 210 mol • L-1 Na2CO3溶液处理,试计算BaSO4被转化的质量______(要有计算过程,结果保留3位有效数字)。 |
下列关于化学与生产、生活的认识错误的是A.可利用废油脂制肥皂 | B.水玻璃可用于制造木材防火剂 | C.煤经气化和液化的物理变化可变为清洁燃料 | D.铁或铝制成的槽车可以密封贮运浓硫酸或浓硝酸 |
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氮化硅( Si3N4)是一种优良的高温结构陶瓷,在工业生产和科技领域有重要用途. I.工业上有多种方法来制备氮化硅,常见的方法有: 方法一:直接氮化法:在1300℃-1400℃时,高纯粉状硅与纯氮气化合,其反应方程式为 。 方法二:化学气相沉积法:在高温条件下利用四氯化硅气体、纯氮气、氢气反应生成氮化硅和HC1,与方法一相比,用此法制得的氮化硅纯度较高,其原因是 . 方法三:Si(NH2)4热分解法:先用四氯化硅与氨气反应生成Si(NH2)4和一种气体(填分子式)________;然后使Si(NH2)4受热分解,分解后的另一种产物的分子式为 。 II.工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下:
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200124/20200124172842-36546.jpg) 已知:X、高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应,Y与X在光照或点燃条件下可反应,Z的焰色呈黄色. (1)原料B的主要成分是(写名称) 。 (2)写出焦炭与原料B中的主要成分反应的化学方程式: 。 (3)上述生产流程中电解A的水溶液时,阳极材料能否用Cu (填“能”或“不能”),写出Cu为阳极电解A的水溶液开始一段时间阴阳极的电极方程式: 阳极: ;阴极: 。 |
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