1、-1-专题整合-2-专题整合 知识网络 专题归纳 高考真题-3-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 专题1 专题2 专题一硫酸工业中连续多步反应的计算工业上制硫酸时涉及三个连续反应,所以在关于工业制硫酸的计算性题目中往往涉及这几步连续反应的计算。而对于连续多步反应的计算通常使用关系式法,这样就避免了对中间产物的繁琐计算,节约了时间,提高了计算结果的准确性。关系式法解题需要找准关系式,找关系式的一般方法是根据涉及的多步反应的化学方程式,依照元素质量守恒或电子转移数目守恒的原则找出连续多步反应中元素的转化关系,如在用硫黄制硫酸时,根据转化过程中硫元素守恒的原则可以找到这样的关系式:SSO2SO
2、3H2SO4在硫酸工业制硫酸的有关计算中通常就利用以上关系式解题。另外,在有关计算中往往还涉及物质的转化率和损失率的问题,这在连续多步反应的有关计算中也是一个难点问题。对于这一类的问题,需要我们掌握这样几个原则:-4-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 专题1 专题2(1)一种化合物中,一种元素的转化率等于该化合物的转化率,例如在 FeS2向SO2转化的过程中,若硫元素的转化率为99%,则FeS2的转化率也为99%。(2)在同一个化学反应或多个相关联的化学反应中,具有个别元素质量守恒关系的反应物和生成物,反应物的转化率等于生成物的产率,例如在 FeS2 向SO2 转化的过程中,FeS2 的
3、转化率必等于 SO2 的产率,在 FeS2 向 H2SO4 转化的过程中,FeS2 的转化率等于 H2SO4 的产率。-5-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 专题1 专题2【例题 1】黄铁矿的主要成分是 FeS2。某硫酸厂在进行黄铁矿成分测定时,取 0.100 0 g 样品在空气中充分灼烧,将生成的 SO2 气体与足量 Fe2(SO4)3溶液完全反应后,用浓度为0.020 00 molL-1的K2Cr2O7标准溶液滴定至终点,消耗 K2Cr2O7 标准溶液 25.00 mL。已知:SO2+2Fe3+2H2OSO42-+2Fe2+4H+Cr2O72-+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+
4、7H2O(1)样品中 FeS2 的质量分数是(假设杂质不参加反应)。(2)若灼烧 6 g FeS2 产生的 SO2 全部转化为 SO3 气体时放出 9.83 kJ 热量,产生的 SO3与水全部化合生成 H2SO4,放出 13.03 kJ 热量,写出 SO3气体转化为H2SO4 的热化学方程式:。(3)煅烧 10 t 上述黄铁矿,理论上产生 SO2 的体积(标准状况)为 L,制得 98%的硫酸质量为 t,SO2 全部转化为 H2SO4 时放出的热量是 kJ。-6-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 专题1 专题2 解析:根据题给两个反应可推出 SO2 与 K2Cr2O7 的物质的量的关系为3
5、SO2Cr2O72-,再根据煅烧黄铁矿的反应方程式 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2可推出32FeS2Cr2O72-所以 n(FeS2)=32n(Cr2O72-)=320.020 00 molL-125.0010-3 L=7.50010-4 mol所以(1)样品中 FeS2 的质量分数为7.50010-4mol120 gmol-10.100 0 g100%=90.00%。(2)因 6 g FeS2 产生 n(SO3)=26 g120 gmol-1=0.1 mol,与水反应放出热量为 13.03 kJ,则 1 mol SO3 与水反应放出的热量为 130.3 kJ,所以热化学方程式为S
6、O3(g)+H2O(l)H2SO4(l)H=-130.3 kJmol-1。-7-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 专题1 专题2(3)设煅烧 10 t 上述黄铁矿理论上产生 SO2 的物质的量为 x。则有 0.100 0 g(0.020 00 molL-125.0010-3 L3)=10106 gxx=1.5105 mol所以 V(SO2)=1.5105 mol22.4 Lmol-1=3.36106 L根据质量守恒可求出制得 98%的硫酸质量为1.5105mol98 gmol-198%1106gt-1=15 tSO2转化为 H2SO4时放出的热量为两部分:一部分为 SO2转化为 SO3放
7、出的,另一部分为 SO3 转化为 H2SO4 时放出的,可分别求出后相加而得到答案。答案:(1)90.00%(2)SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)H=-130.3 kJmol-1(3)3.36106 15 3.43107-8-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 专题1 专题2 专题二 合成氨工业(1)三阶段:原料气的制备、净化、压缩(水煤气法制取氢气,蒸发液化空气制取氮气);合成氨,N2+3H22NH3;氨的液化分离。(2)设备:合成塔。(3)注意问题:循环操作,催化剂中毒和预防。【例题 2】合成氨的流程示意图如下所示:回答下列问题:(1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空
8、气中分离出来的,通常使用的两种分离方法是 ,;氢气的来源是水和碳氢化合物,写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学反应方程式 ,。-9-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 专题1 专题2(2)设备 A 中含有电加热器,触媒和热交换器,设备 A 的名称是 ,其中发生的化学反应方程式为 。(3)设备 B 的名称是 ,其中 m 和 n 是两个通水口,入水口是 (填“m”或“n”)。不宜从相反方向通水的原因是 。(4)设备 C 的作用是。(5)在原料气制备过程中混有的 CO 对催化剂有毒害作用,欲除去原料气中的 CO,可通过如下反应来实现:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)已知 1
9、 000 K 时该反应的平衡常数 K=0.627,若要使 CO 的转化率超过 90%,则起始物中 c(H2O)c(CO)不低于 。-10-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 专题1 专题2 解析:(1)直接来自于教材;(2)合成氨的设备为合成塔;(3)冷凝分离产品的设备为冷凝器,入水口应该在下面,因逆向冷凝效果好;(4)分离器是将气固分离设备,应是分离液氨和未反应完全的原料气;(5)以转化率为 90%为基准计算,用平衡常数求水与一氧化碳的浓度比。设 CO、H2O 起始浓度分别为 x、y。CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)c 起xy00c 变0.9x0.9x0.9x0.9xc
10、平0.1xy-0.9x0.9x0.9xK=(0.9)30.1(-0.9)=0.627yx=13.8。只要水更多一些,则转化率会超过 90%。-11-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 专题1 专题2 答案:(1)液化、分馏 与碳反应后除去 CO2 C+H2OCO+H2 CH4+H2OCO+3H2(2)合成(氨)塔 N2(g)+3H2(g)2NH3(3)冷却塔(或冷凝器)n 高温气体由冷却塔的上端进入,冷却水从下端进入,逆向冷却效果好(4)将液氨与未反应的原料气分离(5)13.8-12-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 121.(福建理综)硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌
11、矿生产硫酸锌,菱锌矿的主要成分是 ZnCO3,并含少量的 Fe2O3、FeCO3、MgO、CaO等,其生产工艺流程示意如下:-13-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 12(1)将菱锌矿研磨成粉的目的是。(2)完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式:Fe(OH)2+Fe(OH)3+Cl-(3)针铁矿(Goethite)是以德国诗人歌德(Goethe)名字命名的,组成元素是 Fe、O 和 H,相对分子质量为 89,化学式是 。(4)根据下表数据,调节“滤液 2”的 pH 时,理论上可选用的最大区间为 。Mg(OH)2Zn(OH)2MgCO3CaCO3开始沉淀的 pH10.46.4沉淀完全的
12、pH12.48.0开始溶解的 pH10.5Ksp5.610-12 6.810-62.810-9-14-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 12(5)工业上从“滤液 3”制取 MgO 过程中,合适的反应物是 (选填序号)。a.大理石粉 b.石灰乳 c.纯碱溶液 d.烧碱溶液(6)“滤液 4”之后的操作依次为 、过滤、洗涤、干燥。(7)分析图中数据,菱锌矿粉中 ZnCO3 的质量分数不低于 。解析:(1)从反应速率及反应充分的角度分析;(2)ClO-作氧化剂生成 Cl-,化合价降低 2,Fe(OH)2 生成 Fe(OH)3,化合价升高 1,所以 Fe(OH)2 的计量数为 2,最后用 O、H
13、配平并检查;(3)化学式量为 89,只能含有一个 Fe,余下 33 为 H、O,所以有两个 O、一个 H,化学组成为 FeHO2 或 FeO(OH);(4)选择的区间应该为 Zn(OH)2 完全沉淀、Mg(OH)2 还没开始沉淀;(5)因为 Mg(OH)2 的溶解度远远小于 Ca(OH)2 且石灰乳价格便宜,所以石灰乳最好;(6)制取带结晶水的硫酸锌,应该用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等过程;(7)因为在滤液4 前加入锌粉,所以不能用 m3 kg 求解,用 m2 求解,n(ZnO)=n(ZnCO3)=21 000 g81 gmol-1,所以 m(ZnCO3)=21 000 g81 gmol-
14、1125 gmol-1=125281kg。-15-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 12答案:(1)增大反应物接触面积或增大反应速率或使反应更充分(2)2Fe(OH)2+1ClO-+1H2O2Fe(OH)3+1Cl-(3)FeO(OH)(或其他合理答案)(4)8.0pH10.4(或其他合理答案)(5)b 或 d(b 和 d)(6)蒸发浓缩 冷却结晶(或其他合理答案)(7)125m2/81m1(或其他合理答案)-16-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 122.(江苏化学)钡盐行业生产中排出大量的钡泥主要含有 BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2 等。某主要生产 B
15、aCl2、BaCO3、BaSO4 的化工厂利用钡泥制取 Ba(NO3)2,其部分工艺流程如下:(1)酸溶后溶液的 pH=1,Ba(FeO2)2 与 HNO3 反应的化学方程式为 。(2)酸溶时通常控制反应温度不超过 70,且不使用浓硝酸,原因是 、。(3)该厂结合本厂实际,选用的 X 为 (填化学式);中和使溶液中 (填离子符号)的浓度减小(中和引起的溶液体积变化可忽略)。(4)上述流程中洗涤的目的是 。-17-专题整合 专题归纳 知识网络 高考真题 12解析:(1)Ba(FeO2)2 中 Fe 为+3 价,Ba(FeO2)2 与 HNO3 发生的反应为复分解反应,HNO3 不能体现氧化性。(
16、2)浓硝酸具有挥发性和不稳定性,挥发出的HNO3 污染空气,且温度越高,分解速率越快。(3)X 试剂一定能与 H+反应,且反应后生成的产物易与溶液分离,则钡泥中的 BaCO3 符合条件,BaSiO3 与H+反应生成 H2SiO3,引入新杂质,BaSO3 与 H+反应生成 SO2,污染空气;酸溶液中还含有的 Fe3+可能以 Fe(OH)3 形式析出,从酸溶液中分离出去。(4)由于滤渣是过滤 Ba(NO3)2 溶液后得到的,滤渣上附着 Ba2+,避免造成重金属盐污染。答案:(1)Ba(FeO2)2+8HNO3Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O(2)防止反应速率过快 浓硝酸易挥发、分解(凡合理答案均可)(3)BaCO3 Fe3+、H+(4)减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染(凡合理答案均可)
