专项突破11 化工生产情景应用——工艺流程题-【学霸黑白题】2024-2025学年新教材高中化学必修第一册(鲁科版2019)

专项突破11 化工生产情景应用一工艺流程题 1,(2024·广东江门高一月考)硫酸铜晶体 (1)C02发生器中反应的离子方程式 (CuS0,·5H,0)是铜盐中重要的无机化工 为 原料。 (2)通入空气的作用可能是 L.采用孔雀石[主要成分CuCO3·Cu(OH)2] (3)吸收塔内发生反应的离子方程式 硫酸(70%)为原料制取硫酸铜晶体。其工 为 艺流程如下： 吸收塔内的温度不能超过20℃，其目的 孔预处 浸操作2 是 70% S0·5T10 (4)240g·L1Na0H溶液的物质的量浓度 尾气 为 mol·L。 (1)预处理时要用破碎机将孔雀石破碎成 3.工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾 粒子直径<1mm,破碎的目的是 气除了含有N2、02外，还含有S02、微量的 (2)操作1为高温焙烧，主要反应化学方程 S0,和酸雾。为了保护环境，同时提高硫酸 式为 工业的综合经济效益，按照如图的工艺流 (3)操作2为一系列的操作，通过加热浓 程，将尾气中的S02转化为有用的副产品。 缩、 过滤、洗涤、干燥等操作得到 请回答下列问题。 硫酸铜晶体。 尾气达标排放· (NH2S0,落液 Ⅱ.采用金属铜单质制备硫酸铜品体 二氧化硫 氨气 (4)教材中用金属铜单质与浓硫酸反应制 含S0,的烟气 吸收塔 暇孜塔 备硫酸铜，虽然生产工艺简洁，但在实际生 H,HS0,溶液 产过程中不采用，其原因是 (1)写出氨气吸收塔中发生主要反应的化 (写两个)。 学方程式： 2.（2023·山东济南高一期末)亚氯酸钠 (2)写出二氧化硫吸收塔中主要发生反应 (NaClO,)是一种重要的含氯消毒剂，主要 的离子方程式： 用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀 (3)当含S02的烟气通入二氧化硫吸收塔 菌。以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工 中，可能发生氧化还原反应吗？ ;如 艺流程图： 可能，请写出至少一个氧化还原反应的化学 S0,和空气240g·1 NaClO 的混合气下aO溶液1I,) 方程式： 溶解 ILO (4)上述流程可循环利用的物质是 C10发生器 吸收塔 过泥 稀硫酸 配料 NaC0,·3H,0泥液 (5)在氨气吸收塔中，反应所得到的高浓度 已知：①NaClO,的溶解度随温度升高而增 溶液中，按一定比例再加入氨水，此时溶液 大，适当条件下可结晶析出NaClO2·3H,0; 的温度会自行降低，并析出晶体 ②纯CI0,易分解爆炸，一般用稀有气体或 ①导致溶液温度降低的原因可能是 空气稀释到10%以下。 20黑白题化学1必修第一册·LK ②生产中得到的结晶水合物测定其相对分 I.某厂用氨制硝酸和铵盐的流程如图 子质量往往会偏大，分析可能的原因 所示。 是 空气 空气水 4.(2023·福建南平高一期末)高浓度氨氮废 AH, (设各D→0→段备2 水是造成河流及湖泊富营养化的主要因素 (役备) 某氮肥厂处理氨氮废水的方案如图，回答下 NIL.NO. 列问题： (1)设备1中发生反应的化学方程式是 NH溶液熟空气 吹就法H冂 低 含NH和 调节池 吹出塔 度」丽反达标 (2)同温同压下，理论上设备1与设备2中 NH·H,0 NH 的发水 N 氧化法氧化泡排放泡水 消耗空气的体积比为 硝化菌有机物 NaCO或Cl,活湛炭 Ⅱ.工业制硝酸时尾气中含有NO、NO2,可 用以下方法吸收： (1)“pH调节池”加入“NaOH溶液”的目 (3)水吸收法。用水吸收NO,的缺陷是 的是 (2)“吹出塔”用热空气比用冷空气吹脱效 (用化学方程式和必要的文字说明)。 果更好的原因是 (4)NaOH溶液吸收法。用不同浓度的 (3)“氧化池”中氨氮去除率与溶液pH的关 NaOH溶液吸收NO2含量不同的尾气(a表 系如图所示，则去除氨氮废水最适宜的 示尾气中NO,的体积百分含量)，测得氮氧 pH= 化物吸收率与NaOH溶液浓度的关系如图 数氮去除率/% 56 所示。 55 4 100% 52 51 5 6 7 89101112pH 物g0% (4)“硝化池”是在硝化菌的作用下实现 NH4→NO2→NO;转化，在碱性条件下NH 被氧气氧化成NO,的总反应的离子方程 式为 80%0 1.252.53.75 e(NaOHymol.I.! (5)“反硝化池”是在一定条件下向废水中 ①依据测得的关系图，下列说法正确的是 加入有机物如甲醇(CH,OH),实现HNO,→ (填字母)。 NO2一N2转化，0.5 mol HNO,完全转化成 A.NaOH溶液浓度越大，氮氧化物的吸收率 N2转移电子的物质的量为 越大 5.(2024·山东滨州高一期末)氮是生物体的 B.NO2含量越大，氮氧化物的吸收率越大 重要组成元素，也是维持高等动植物生命活 ②当小于50%时，通人适量02能提升氮 动的必需元素。研究氮的循环和转化对生 氧化物的吸收率，原因是 产和生活有重要的价值。 进阶突破·专项练2四 6.(2023·江苏连云港高一月考)硫酸铁铵 (1)工业上将Cl2通入7mol·L'的NaOH [NH,Fe(SO4)2·xH,O]是一种重要铁盐 溶液中制备NaClO。 为充分利用资源，变废为宝，在实验室用废 ①制备NaClO的化学方程式为 铁屑制备硫酸铁铵[NH,Fe(SO,)2·xH,0], 具体流程如下： ②溶液pH=9时，该溶液中主要存在的阴离 5%的H,) 稀硫酸 家液H,2S0 子有 (填化学式)。 废铁周一酸阅一过润一瓦闷一特把一…→餐餐 Ⅱ.NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，其一 迹流 种生产工艺如下： (1)酸浸。用一定浓度的稀硫酸溶液浸取 NaClO 食盐水 废铁屑中的铁元素。若其他条件不变，实验 酸、一→反应C0,一电解-皓品、干烯C0, S0. 中提高铁元素浸出率的措施有 一， 回收 尾气吸收→成品液 (2)“酸浸”时温度需保持为80~95℃，采 NaHSO NaOH、H,O 用的合适加热方式是 。 实 (2)写出“反应”步骤中生成C10,的化学方 验室过滤操作必需用到的玻璃仪器有烧杯、 程式： (3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成， (3)5%的H,02溶液的作用是氧化Fe2 精制时，为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂 (“酸浸”过程稀硫酸过量)，该反应的离子 分别为 方程式是 精制时如何证明Ca+已经完全除尽： (4)“转化”后制取硫酸铁铵晶体的操作主 要包括 过滤、洗涤、干燥。 (5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样 (4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的 品所含结晶水数，将样品加热到150℃时失 少量C1O2,发生如下反应： 掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体 NaOH+ H202+ 的化学式为 Cl02= NaClO,+ 02+ 7.(2024·江苏泰州高一期末)I.NaCl0广泛 H,0 用作水处理剂及漂白剂。已知：25℃时 ①配平上述化学方程式。 NaClO溶液中HCIO、CIO物质的量分数随 ②某容器中发生一个化 +n/mol pH的分布如图所示。 学反应，其中涉及H,0、 100 物质的堂分数/% ClO2、NH、H、N2、CI六 80--- 60- 种粒子。其中N2、CIO2的物质的量随时间 40 变化的曲线如图所示。 20 则该反应的离子方程式为 677.589 10 pH 22黑白题化学1必修第一册·LK溶液，C是一种强酸，则C为H,S0,。(2)反应④是e(N0,)2溶液 结合其与浓疏酸反应推测其为单质C,气体D溶于水显碱性，D 和硫酸反应生成F(N0),和N0。(3)反应②是S02和0，反应生 为NH,￡为常用调味剂且味减，E为C.J为细小白色品体且可用 成S01,既属于化合反应又属于氧化还原反应：反应3是S0,和H0 作食物膨松剂，J为NHCO,F常温下为无色无味液体，对照碳和浓 反应生成H,S0,属于化合反应，但不属于氧化还原反应：反应⑥是 硫酸的反应可知，F为H0.H为S02,G为CO2,A和B分别为N2 FP(0),转化为Fe,O,属于分解反应，不属于氧化还原反应：反应 和H2,I为NH,Cl。 ⑧是NO和O,反应生成NO2,既属于化合反应又同于氧化还原反 (1)实验室检验NHC中所含NH过的方法为取少量NH,C于试管 应：反应⑨是NO,和H,D反应生成HNO,和NO,属于氧化还原反 中，加人少量NaOH溶液并加热.在试管口用红色石蕊试纸检验，如 应，但不属于化合反应。(4)检验硫酸根离子的方法为取样于试管 果试纸变蓝，则可以证明含有N阳。(2)反应①为N,和H2合 中，加入盐酸酸化，取清液，再加入氯化钡溶液，若产生白色沉淀，则 偃化剂 含硫酸根离子。(5)将Fe,0、与KNO1,KOH高温共融可制得 成NH,的反应，化学方程式为3班，+N,离器.2NH,引发氨喷 泉实验的操作为打开止水夹，挤压胶头滴管，使水进人绕瓶。(3)反 K,Fc04、KNO2和H20 6.(1)2H,5+30,直整2s0,+2H,0强氧化性(2)2Na,0,+ 应②的化学方程式为C+2H,504(浓)△C02↑+2S01↑+2H,0,其 中氧化产物为C02.还原产物为S02,物质的量之比为1：2。(4)反 2H,04Na0H+02↑(3)C22Fr3”+Pe—3Fe2生成白色 应④是侯氏制碱法原理，化学方程式为NH,+C0,+H2O+NaC1 絮状沉淀，迅速变成灰绿色.最后变成红湖色(4)4NH,+ 一NaHCO3↓+NH,C,该反应可以发生的原因为NaHCO,的溶解 50,能化剂40+6,0N0,N0和N0,0.1 △ 度较小，析出促进反应进行。(5)向NHC0、溶液中通人过量SO, 解断：(1)若A是淡黄色固体，B为氢化物.常温下，D的浓溶液是一 时生成NHSO3和C02,发生反应的离子方程式为HC0:+SO 种无色黏积油状液体。则A是S单质、B是H,S,C是SO2,D —HS05+C02 是H,S0,则反应3为H,S和氧气反应生成0，和H0,化学方程 8.(1)Cu,Fe,S CuFeS,(2)FeGa2、Hg(3)20uS,+0,商圈 式为2H,5+30,氢2s0,+2H,0.在加热条件下，浓硫酸与木炭发 C,S+2FeS+S02(4)2Cu0+Cu,S6Cu+S02↑(5)将D气体 生反应生成S0,、C0,、H,0,浓硫酸体现的性质为强氧化性。(2)A 酒入硫酸铜溶液，若产生黑色沉淀且溶液酸性增强，则说明D是H2S 是单质，B是淡黄色固体，且23的反应物中均有常温下为液态的一 解析：根据题意，B为可使品红溶液钱色的气态化合物，则B为二氧 种物质，则A是Na,B是Na,02,C是Na0H.反应③为Na,0,和水 化硫。结合操作流程，化合物X在氧气中培烧生成A.B、C,A加过量 反应生成氢氧化钠和氧气。(3)A是单质，B是红棕色周体，反应③ 的盐酸生成气体D和浅绿色溶液E,E中含有亚铁离子，则A为亚铁 在盐酸中完成，则A是Fe,B是Fe,O,,C是FC,Fe和Cl2反应生 盐，B,D含有一种相同的元素且D常温下为气态化合物，D为H,S,A 成FCl,反应2中加人物质的化学式为C2:若C.D组成元素相问， 为FS:E中加人氢氧化钠生成红揭色沉淀F,F为氢氧化铁，灼烧生 则D是FeC,FCl1和Fe反应生成FeCl,.则C转化为D的离子方 成红棕色周体G,G为氧化铁，其质量为16.0g,则化合物X中 程式为2Fe+Fe一3Fe2”:在FCl2中滴人氢氧化钠溶液生成氢氧 16.0g 化亚铁，氢氧化亚铁被氧化为氯氧化铁，一段时间内观察到的现象是 a(e=2(e0,=210,m-02mdc与0，发应生成孩 生成白色絮状沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。(4)常温 红色固体H和S02,H为C,0,C为Gu,S,H中加入C得紫红色固 192g 下A、BC,D均为气体：气体B溶于水显碱性：在雷雨天气可发生反 体，繁红色固体为铜，其质量为19.2书，则#(C知)= 64g.molT= 应②，则A是N,B是NH,,C是NO.则反应③为NH,发生催化氧化 0.3m0l:H和C发生反应2Cu0+CS6Cu+S02↑，则原物质中 生成N0和水，D的相对分子质量比C大16.则D为NO2:在标准状 况下将1.92g铜粉投人一定量张硝酸中，当铜粉完全溶解后共收集 n(ou)=03mx后=02ml:由此可知化合物X中含有fe,Cu.s 到标准状况下1.12L.气体，生成气体的物质的量 1.12L 2.4L·mF 其中a(5)=36.8-0.2×56-0.2×64 32 mol =0.4 mol,n Cu)n(Fe): 05,转移电于的物质的量为a2三X2=Q06,生皮 n(S)=0.2:0.2:0.4=1:1:2,且该化合物M<200g·mol1,则化 合物X的化学式为CuFeS2。(3)X为CuFeS2.,在02中焙烧生成 1mdlN0转移3ul电子，生成1olN0,转移1mo电子，则所得气 Fe5Cu25.S02。(4)H为C0.C为Cu2S,两者反应生成C 体为NO和NO2的混合气体。反应生成硝酸铜的物质的量为 和S01:(5)HS与铜离子发生反应H,S+Cu2CS↓+2H,放 0.03ml,生成气体的物质的量为0.05mol,根据N元素守恒，参加反 将D气体通人硫酸铜溶液，若产生黑色沉淀CS且溶液酸性增强， 应的硝酸为0.11mod 期说明D是H,S 7.(1)取少量NH,C1于试管中，加入少量NaOH溶液并加热，在试管口 专项突破11化工生产情景应用一工艺流程题 用湿润的红色石蕊试纸检验，如果试纸变蓝，则可以证明含有NH 1.(1)增大反应物接触面积，提高反应速率(2)CuC0,·Ca(0H)2 维化剂 (2)3H,+N,离高2，打开止水夹，挤压胶头滴管，使水进 商温2Cu0+C0,↑+H,0(3)冷却结品(4)产生污染性，有毒气 人烧瓶(3)C+2H,50.(浓)△C0,1+2S0,1+2H,01:2 体：硫酸的利用率低：原料价格昂贵等（任逸2条，合理即可） (4)NH+C02+H,0+NaC一NaHC0,↓+NH,Cl NaHC0,的游解 解析：(2)操作1为高温格烧.CC0,·Cu(OH)2在高温下发生分解 反应产生Cu0.C0,,H,0。(4)C与浓硫酸在加热条件下会发生反 度较小，析出促进反应进行(5)HC03+S01一H50+C0, 解析：图中A,B,C为常见单质，其余物质为化合物.C为思色固体， 应：Cu+2H,S0(浓)△CS0,+s021+2H,0,制取得到CuS0.虽 专项练参考答案黑白题63 然该生产工艺简洁，但在实际生产过程中不采用，是由于该反应会产 —2H0,+N0.N0,有；转化成N0,没被吸收掉(4)①B2据 生污染性，有毒气体$0，，而且硫酸的利用率低、原料价格昂贵等 2.(1)2C03+S0:一s0?+2C0,(2)稀释C02以防爆炸 图可知，氨氧化物的吸收率随NO2的含量增大而增大。O,将N0氧 (3)20H+2C02+H,02一2C105+2H20+02↑防止H202受热 化成NO,使其含量增大，从而增大氨氧化物的吸收率 分解(4)6 解析：(1)设备1中氨气和氧气催化生成N0和水。(2)设备2中反 解析：在发生器中，NaC1O1,稀硫酸混合溶液中通人S0,和空气的混 点为N0和氧气，水反应生成硝酸，化学方程式为4N0+30,+2H,0 40,则同温同压下，理论上设备1与设备2中清耗空气的体 合气，发生反应生成C02,同时S02被氧化为S0子：在吸收塔内， C102在碱性溶液中被H,02还原为C102,H,02被氧化生成02：将 积比为5：3。(3)二氧化氨和水生成硝酸和污染气体一氧化氯， 滤液蒸发浓缩，冷却结品，便可获得NaC1O·3H,0品体。(1)在发 30,+,0一210，+N0,N0,有号转化政N0,没被吸收掉 生器中S02,NaC03和水发生氧化还原反应生成CI02。(2)由已知 (4)①由图可知，当氢氧化钠浓度超过一定程度时.NaOH溶液对氮 信息可知纯C0,易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以 氧化物的吸收率随氢氧化钠浓度的增大而减小，A错误：由图可 下，故通人空气的作用可能是稀释C0,以防爆炸。(3)C0,在藏性 知，NO,含量越大，氨氧化物的吸收率越大，B正确：2据图可知，氨 溶液中被H202还原为NCO2,同时H202被氧化生成02：因 氧化物的吸收率随NO,的含量增大而增大，O,能将NO氧化成NO 为H202热稳定性差.所以吸收塔内的温度不能超过20℃，防 使其含量增大，从面增大氮氧化物的吸收率，故当a小于50%时，通 止H02分解。(4)240g·LN0H溶液的物质的量浓度为 入适量O2能提升氮氧化物的吸收率。 40gmar-6mlL。 240g·L.1 6.(1)适当升高酸浸温度，适当加快搅拌速率、适当增加酸的浓度，增 加酸浸时间等(2)水浴加热玻璃棒、漏斗(3)22·+H,02+ 3.(1)NH4Hs03+NH,(NH,),S0,(2)S0+H,0+S02 2H一2Fe·+2H,0(4)蒸发浓缩，冷却结晶 2HS0;(3)可能20u0+2s0,+01△2Cus0,(4)(NH),s0, (5)NH,Fe(S0)2·12H,0 (5)①氨水电离吸热，溶液的温度会自行降低②带有多个结品水 解析：用热的纯碱溶液去除发铁屑表面油污后，干净的铁屑在80一 解析：(1)氨吸收塔中氨气与亚硫做氢铵反应生成亚硫酸铵。 95℃的水裕中与稀硫酸反应生成蔬酸亚铁，过滤得到滤渣和硫酸亚 (2)(NH,),S01为强电解质，电离出铵根离子和亚硫酸根离子，二氧 铁溶液，向溶液中加人5%的过氧化氢溶液，将硫酸亚快氧化为硫酸 化硫吸收塔中发生反应的主要离子方程式为S0了+H,0+ 铁，向硫酸铁溶液中加人硫酸铵固体配成混合溶液，经加热浓缩、冷 S02一2HS0。(3)参考燃煤电厂脱硫工艺-吸附氧化铜法，C0 却结品、过滤、干燥得到硫酸铁铵品体。(2)”酸浸”时温度香保持为 与S02、0,反应生成硫酸铜，故有可能发生氧化还原反应。(4)根据 80-95℃，为便于控制反应温度，采用的合适加热方式是水浴加热： 流程图可知，可以循环利用的为(NH,),S0:。(5)①D氨水电离吸热， 实验室过滤操作必须用到的玻璃仪器有烧杯、漏平，玻璃棒。(3)在 溶液的温度会自行降低，并析出品体：2生产中得到的结品水合物测 酸性条件下，5%的H,0,溶液将Fe2·氧化为F·,反应的离子方程式 定其相对分子质量往往会偏大，可能的原因是带有多个结品水。 为2Fe2·+H201+2H—2Fe3+2H,0。(4)“转化"后的溶液经加热 4.(1)将NH:转化为NH3·H20.有利于废水中氨元素的降低(2)热 浓缩，冷却结品，过滤，洗涤、干燥得到硫酸铁铵品体。(5)将样品加 空气温度高，有利于NH、·H,O分解，NH,的溶解度降低.更易被吹 热到150℃时失掉15个结品水，失去结品水的相对分子质量为18× 出(3)8(4)NH+202+20H—N03+3H20(5)2.5mol 5.6%482. 27 15=27.失重5.6%，则该品体的相对分予质量M 解析：由题干工艺流程图可知，“吹脱法”是将氨氨废水加入NOH溶 液后产生的NH,用热空气将其吹出.而“氧化法”侧是用NCIO或 482-14456-96x2=12.所以其化学式为NH,Fc(S0,):·12H,0 18 C将氨氨废水中的N元素氧化为N,后排出，处理后的废水排人排 7.(1)①Cl2+2Na0H=NaC1+NaC0+H202C0(2)S02+ 放池，用活性炭吸附多余的氯，两种方法得到的低浓度氨氮废水进人 2NaCI0,+H,S0,一2NaHS0,+2CI02(3)Na0H溶液Na,C0,溶 硝化池中用硝化细菌将其转化为硝酸盐或亚硝酸盐，然后进入反硝 液取静置后的上层清液，继续加人Na,C0,溶液，若无沉淀生成，则 化池中用有机物进行反硝化即将硝酸盐或亚硝酸盐还原为N2,最后 可证明精制时钙离子已经完全除尽(4)①2NaOH+H,0,+2CO 得到的废水接入河流。(1)由分析可知，“pH调节池“加入“NaOH溶 一2NaC02+02+2H,023CI05+4NH一2N2↑+3C+4H°+ 液"是由于NH+OH一NH3·HO将NH转化为NH,·HO.有 6H20 利于废水中氨元素的降低。(2)“吹出塔”用热空气比用冷空气吹脱 解析：(1)①氯气与NOH溶液反应生成次氯酸钠：②从图中可知 效果更好，热空气温度高，有利于NH,·H,0分解，NH的溶解度降 pH=9时.溶液中次氯酸根离子物质的量分数较大，故主要存在的阴 低，更易被吹出。(3)观察氨氮去除率与溶液pH的关系图，可知去 离子为CI0。(2)硫酸，二氧化疏、NaC0,反应生成Cl02,NalS0, 除率最高时所对应的pH为8。(4)利用氧化还原反应化合价升降来 (4)该反应中H0,中的0失电子转化为氧气，C0,得电子转化 分析：NH转化为NO,氨元素化合价升高，则氧气中氧元素化合价 为NaClO,根据得失电子守任可知，H0,与CO,的化学计量数比为 降低.反应的离子方程式为N+202+20H一N0;+3H,0 1:2.再根据原子守恒配平化学方程式：②容器中N,物质的量增大 (5)0.5m@lHNO3完全转化成N2.根据HNO3中N为+5价转化为N: 为生成物，CO;物质的量诚小为反应物，则C为生成物，铵根离子 中N为0价，则转移电子的物质的量为5×0.5m@l=2.5mal。 为反应物，再根据原子守恒，可得离子方程式为3CO;+4NH日 5.(1)4NH,+50,化4N0+6H,0(2)5:3（3)3N0,+H,0 2N2↑+3C+4H+6H0 必修第一册·LK黑白题64