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歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第41講多樣化的水處理技術(shù)從自然資源到化學(xué)品 一 獲取潔凈的水1 天然水的凈化 1 混凝法 定義 加入混凝劑 使細(xì)小的懸浮物和膠體聚集成較大的顆粒而沉淀 然后用過(guò)濾的方法除去 工業(yè)生產(chǎn)中常用的混凝劑有 明礬 硫酸鋁 硫酸亞鐵 硫酸鐵等 明礬凈水原理明礬在水中發(fā)生電離 KAl SO4 2 K Al3 2 Al3 與水發(fā)生水解反應(yīng)生成Al OH 3 Al3 3H2O Al OH 3 3H 混凝劑難以清除溶解于水中的有機(jī)物質(zhì) 無(wú)機(jī)鹽和微生物 作為生活用水 經(jīng)過(guò)混凝法凈水后 還必須進(jìn)行殺菌消毒 2 化學(xué)軟化法 天然水與空氣 巖石和土壤等長(zhǎng)期接觸 溶解了許多雜質(zhì) 如無(wú)機(jī)鹽類 某些可溶性有機(jī)物以及氣體等 天然水可分為硬水和軟水硬水 含有較多Ca2 Mg2 的水 軟水 含有少量Ca2 Mg2 或不含Ca2 Mg2 的水 水的硬度可分為暫時(shí)硬度和永久硬度暫時(shí)硬度 水的硬度是由Ca HCO3 2或Mg HCO3 2引起的 永久硬度 水的硬度是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物等引起的 天然水大多同時(shí)具有暫時(shí)硬度和永久硬度 硬水軟化的方法通常有加熱法 藥劑法和離子交換法等 2 污水處理 1 污水處理方法有物理法 生物法和化學(xué)法等 2 處理工業(yè)廢水常用的化學(xué)方法 中和法 沉淀法 氧化還原法 3 海水淡化 電滲析法 1 電滲析法是一種利用離子交換膜進(jìn)行海水淡化的方法 2 離子交換膜是一種功能性膜 應(yīng)具有良好的選擇透過(guò)性和化學(xué)穩(wěn)定性 3 原理 在外加直流電場(chǎng)的作用下 海水中的陰 陽(yáng)離子分別透過(guò)陰膜和陽(yáng)膜 可達(dá)到分離和濃縮的目的 二 海水的綜合利用1 海水中鹽的開(kāi)發(fā)和利用 1 海水制鹽 海水制鹽的方法有三種 即蒸發(fā)法 電滲析法和冷凍法 目前 海水制鹽的方法仍以蒸發(fā)法 鹽田法 為主 海水蒸發(fā)濃縮 達(dá)到飽和析出食鹽晶體 分離后所得到的母液叫苦鹵 2 食鹽資源的利用 電解飽和食鹽水反應(yīng)原理陰極 2H 2e H2 陽(yáng)極 2Cl 2e Cl2 總反應(yīng) 2NaCl 2H2O 2NaOH H2 Cl2 生產(chǎn)設(shè)備名稱 離子交換膜 電解槽 電解 2 海水提溴 1 氯化 工業(yè)上從海水中提取溴時(shí) 首先通氯氣 在pH為3 5左右氯氣氧化溴離子 離子方程式 Cl2 2Br 2Cl Br2 2 吹出 當(dāng)海水中的Br 被氧化成Br2以后 用空氣將其吹出 另外 也可以用水蒸氣 使溴和水蒸氣一起蒸出 3 吸收 用還原劑二氧化硫使溴單質(zhì)變?yōu)镠Br 再用氯氣將其氧化成溴產(chǎn)品 化學(xué)方程式 SO2 Br2 2H2O 2HBr H2SO4 Cl2 2HBr 2HCl Br2 3 海水提鎂海水提鎂的基本反應(yīng)原理可表示如下 1 所加試劑 石灰乳 鹽酸 所用操作方法 過(guò)濾 濃縮 電解 2 用離子方程式或化學(xué)方程式表示海水提鎂的過(guò)程 Mg2 2OH Mg OH 2 Mg OH 2 2H Mg2 2H2O MgCl2 Mg Cl2 電解 4 從海水中提取重水 1 提取重水 D2O 的方法有 蒸餾法 電解法 化學(xué)交換法和吸附法等 2 常用的方法是化學(xué)法 其中的一種是硫化氫 水雙溫交換法 2 生產(chǎn)中原料的選擇工業(yè)生產(chǎn)某種化工產(chǎn)品 選擇原料時(shí)要從多方面去考慮 如化學(xué)反應(yīng)原理 廠址選擇 原料 能源 工業(yè)用水的供應(yīng)能力 存儲(chǔ) 運(yùn)輸 預(yù)處理成本及環(huán)境保護(hù)等 3 生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制對(duì)二氧化硫的催化氧化 1 溫度條件 選擇400 500 作為操作溫度 因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi) 反應(yīng)速率和二氧化硫的轉(zhuǎn)化率都比較理想 2 壓強(qiáng)條件 增大氣體壓強(qiáng) SO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多 所以 通常采用常壓操作 3 催化劑 催化劑對(duì)化學(xué)平衡沒(méi)有影響 但能改變到達(dá)平衡所需的時(shí)間 4 生產(chǎn)中的三廢處理 1 尾氣吸收硫酸生產(chǎn)的尾氣中含有少量SO2 可用Ca OH 2吸收 使其生成CaSO3 再用H2SO4處理 生成SO2和CaSO4 方程式為SO2 Ca OH 2 CaSO3 H2O CaSO3 H2SO4 CaSO4 SO2 H2O 2 污水處理硫酸生產(chǎn)過(guò)程中的污水 含有酸性雜質(zhì) 可用石灰乳中和法處理 方程式為Ca OH 2 H2SO4 CaSO4 2H2O 3 廢渣的利用廢渣可用來(lái)制磚或制造水泥 爐渣和礦灰 可作為煉鐵的原料 四 工業(yè)合成氨1 合成氨的反應(yīng)原理方程式 N2 3H22NH3 該反應(yīng)是一個(gè)正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)減少的 可逆的放熱反應(yīng) 2 適宜化工生產(chǎn)條件的選擇溫度 400 500 壓強(qiáng) 10MPa 30MPa 催化劑 以鐵為主的催化劑 3 合成氨的基本生產(chǎn)過(guò)程 1 制備合成氨的原料氣氮?dú)?一是將空氣液化后蒸發(fā)分離出氧氣獲得氮?dú)?二是將空氣中的氧氣與碳作用生成二氧化碳 再除去二氧化碳得到氮?dú)?氫氣 一是水蒸氣通過(guò)赤熱的煤 或焦炭 層 化學(xué)方程式為 C H2O CO H2 二是甲烷與水蒸氣在催化劑作用下反應(yīng) 化學(xué)方程式為 2 原料氣的凈化凈化的原因 合成氨需要純凈的氮?dú)夂蜌錃?在制取原料氣的過(guò)程中 ?；煊幸恍╇s質(zhì) 其中的某些雜質(zhì)會(huì)使合成氨的催化劑中毒而失去催化作用 所以必須除去 吸收H2S NH3 H2O H2S NH4HS H2O 除去CO CO H2O CO2 H2 K2CO3 CO2 H2O 2KHCO3 3 氨的合成與分離 五 工業(yè)生產(chǎn)純堿1 氨堿法也稱索爾維制堿法 其原料是 食鹽 氨和二氧化碳 1 生成碳酸氫鈉和氯化銨將二氧化碳通入含氨的飽和食鹽溶液中 可得到碳酸氫鈉和氯化銨 方程式為 NH3 CO2 H2O NH4HCO3 NaCl NH4HCO3 NaHCO3 NH4Cl 2 制取碳酸鈉將析出的NaHCO3晶體煅燒 即得Na2CO3 方程式 2NaHCO3 Na2CO3 CO2 H2O 母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨 以便循環(huán)使用 方程式為 2NH4Cl Ca OH 2 CaCl2 2NH3 2H2O 2 聯(lián)合制堿法 又稱侯氏制堿法 1 將制堿中含氯的廢液與合成氨過(guò)程中的二氧化碳廢氣加以回收 利用 制成純堿和氯化銨化肥 使制堿和制銨兩大工業(yè)聯(lián)合起來(lái) 2 原料是食鹽 氨和二氧化碳 考點(diǎn)一獲取潔凈的水 例1為了測(cè)量水中有機(jī)物等還原性污染物的含量 通過(guò)把1L水樣與強(qiáng)氧化劑完全作用時(shí)消耗氧化劑的量 折算成以氧氣為氧化劑時(shí)的質(zhì)量 O2mg L 1 來(lái)表示 稱為該水樣的化學(xué)耗氧量 COD 我國(guó)明文規(guī)定 COD 500mg L 1的污水不得直接排放 為了測(cè)定某工業(yè)廢水的COD 實(shí)驗(yàn)如下 量取廢水樣品20 00mL 加入0 100mol L 1KMnO410 00mL和少量稀H2SO4 在一定條件下充分反應(yīng)后 再用0 200mol L 1的草酸鈉 Na2C2O4 溶液滴定過(guò)量的KMnO4 達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)消耗Na2C2O4溶液11 00mL 1 寫出酸性介質(zhì)中KMnO4 被還原為Mn2 與Na2C2O4 被氧化為CO2 反應(yīng)的離子方程式 2 計(jì)算該水樣的COD 3 如果每次取水樣20 00mL 加入等體積的0 100mol L 1KMnO4酸性溶液 為簡(jiǎn)化計(jì)算 令滴定過(guò)量KMnO4時(shí) 每消耗1 00mLNa2C2O4溶液 就相當(dāng)于水樣的COD為10mg L 1 該Na2C2O4溶液的物質(zhì)的量濃度應(yīng)配制為多少 解析 11 00 10 3 0 2mol0 4 0 2 11 00 10 3mol用于與草酸鈉反應(yīng)的為0 4 0 2 11 00 10 3 8 8 10 4mol 則與水樣反應(yīng)的為10 00 10 3 0 1 8 8 10 4 1 2 10 4mol 則換算成氧氣 則氧氣為1 25 1 2 10 4mol 質(zhì)量為1 25 1 2 10 4mol 32g mol 4 8 10 3g 4 8mg 則該水樣的COD為4 8mg 0 020L 240mg L 3 水樣的COD 10mg L 則20 00mL水樣中 m O2 10 50mg 0 2mg 為0 2 10 3g 32 g mol 6 25 10 6mol 則與草酸鈉反應(yīng)的MnO為2 10 3mol 0 8 6 25 10 6mol 2 10 3mol 則c Na2C2O4 5 10 3mol 1 10 3L 5 00mol L 答案 1 2 5 16H 2Mn2 8H2O 10CO2 2 240mg L 3 5 00mol L 方法技巧點(diǎn)撥 本題題干內(nèi)容很多 注意分析和提取有效信息 關(guān)鍵在于理解COD的含義 利用滴定實(shí)驗(yàn)原理 結(jié)合計(jì)算 鞏固數(shù)據(jù)處理的能力 考點(diǎn)二氯堿工業(yè) 例2氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下 依據(jù)上圖完成下列填空 1 在電解過(guò)程中 與電源正極相連的電極上所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 與電源負(fù)極相連的電極附近 溶液pH 選填 不變 升高 或 下降 2 工業(yè)食鹽含Ca2 Mg2 等雜質(zhì) 精制過(guò)程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 3 如果粗鹽中含量較高 必須添加鋇試劑除去 該鋇試劑可以是 選填a b c a Ba OH 2b Ba NO3 2c BaCl2 4 為有效除去Ca2 Mg2 加入試劑的合理順序?yàn)?選填a b c a 先加NaOH 后加Na2CO3 再加鋇試劑b 先加NaOH 后加鋇試劑 再加Na2CO3c 先加鋇試劑 后加NaOH 再加Na2CO3 5 脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差異 通過(guò) 冷卻 填寫操作名稱 除去NaCl 6 在隔膜法電解食鹽水時(shí) 電解槽分隔為陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū) 防止Cl2與NaOH反應(yīng) 采用無(wú)隔膜電解冷的食鹽水時(shí) Cl2與NaOH充分接觸 產(chǎn)物僅是NaClO和H2 相應(yīng)的化學(xué)方程式為 解析 1 電解食鹽水時(shí) 與電源正極相連的電極發(fā)生的反應(yīng)是2Cl 2e Cl2 與電源負(fù)極相連的電極發(fā)生的反應(yīng)是2H 2e H2 消耗H 即產(chǎn)生OH 所以溶液的pH升高 2 精制過(guò)程中 加入Na2CO3除去Ca2 Ca2 CaCO3 加入NaOH除去Mg2 Mg2 2OH Mg OH 2 由于Mg OH 2的溶解度小于MgCO3的溶解度 所以Mg2 與OH 混合時(shí) 主要生成Mg OH 2沉淀 3 除去應(yīng)選擇Ba2 如加入Ba NO3 2 溶液中會(huì)引入雜質(zhì)NO 而加入BaCl2或Ba OH 2均不會(huì)增加新的雜質(zhì) 4 除雜質(zhì)時(shí)加入Ba2 和OH 無(wú)先后之分 但Na2CO3一定在BaCl2之后加入 因?yàn)檫€能除去多余的Ba2 5 脫鹽工序的目的是分離NaOH和NaCl 由于NaCl溶解度小 因而NaCl首先析出 其操作過(guò)程是蒸發(fā) 冷卻 結(jié)晶 經(jīng)過(guò)濾得到NaCl晶體 6 如無(wú)隔膜會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)Cl2 2NaOH NaCl NaClO H2O 電解食鹽水溶液的化學(xué)方程式為2NaCl 2H2O 2NaOH H2 Cl2 兩反應(yīng)的化學(xué)方程式相加得NaCl H2O NaClO H2 電解 電解 方法技巧點(diǎn)撥 本題取材于教材 以氯堿工業(yè)為主線突出考查了元素及其化合物這一主干知識(shí) 通過(guò)本題的解答可歸納如下知識(shí)點(diǎn) 1 在電解飽和NaCl溶液時(shí) 電解池陰極附近溶液的pH為什么會(huì)升高 這是因?yàn)楫?dāng)電解時(shí)Na H 趨向陰極 而H 放電能力比Na 強(qiáng) 故H 在陰極放電 2H 2e H2 而H 在陰極不斷放電打破了水的電離平衡 使陰極附近溶液中c OH c H 故電解一段時(shí)間后陰極因生成NaOH而使溶液的pH升高 2 離子交換膜法電解制堿技術(shù)是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向 同以前無(wú)隔膜法電解制堿技術(shù)相比 避免了Cl2進(jìn)入陰極區(qū)與NaOH溶液接觸發(fā)生如下反應(yīng) Cl2 2NaOH NaCl NaClO H2O 影響產(chǎn)品的質(zhì)量 考點(diǎn)三海水提取溴和鎂 例3 海水是一種豐富的資源 工業(yè)上從海水中可提取許多種物質(zhì) 廣泛應(yīng)用于生活 生產(chǎn) 科技等方面 下圖是某工廠對(duì)海水資源進(jìn)行綜合利用的示意圖 回答下列問(wèn)題 1 流程圖中操作a的名稱為 2 工業(yè)上從海水中提取的NaCl 可用來(lái)制取純緘 其簡(jiǎn)要過(guò)程如下 向飽和食鹽水中先通入氣體A 后通入氣體B 充分反應(yīng)后過(guò)濾得到晶體C和濾液D 將晶體C灼燒即可制得純堿 氣體A B是CO2或NH3 則氣體A應(yīng)是 填化學(xué)式 濾液D中主要含有NH4Cl NaHCO3等物質(zhì) 工業(yè)上是向?yàn)V液D中通入NH3 并加入細(xì)小食鹽顆粒 冷卻析出不含有NaHCO3的副產(chǎn)品NH4Cl晶體 則通入NH3的作用是 3 鎂是一種用途很廣的金屬材料 目前世界上60 的鎂從海水中提取 若要驗(yàn)證所得無(wú)水MgCl2中不含NaCl 最簡(jiǎn)單的操作方法是 操作b是在 氛圍中進(jìn)行 若在空氣中加熱 則會(huì)生成Mg OH Cl 寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式 解析 本題是實(shí)驗(yàn)流程題 考查海水中提取金屬鎂 1 將海水蒸發(fā)結(jié)晶得到粗鹽 在提取粗鹽后的母液中主要含有的是Mg2 2 先通氨氣的原因是氨氣易溶于水 CO2微溶于水 若先通CO2 則影響產(chǎn)率 從平衡的角度去分析 增加的濃度 有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向進(jìn)行 將NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3而不析出 3 采用焰色反應(yīng)來(lái)檢驗(yàn) HCl的作用是防止MgCl2的水解 答案 1 蒸發(fā)結(jié)晶 或蒸發(fā) 2 NH3 增加的濃度 有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向進(jìn)行 將NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3而不析出 3 用鉑絲蘸取少量固體 置于酒精燈火焰上灼燒 若無(wú)黃色火焰產(chǎn)生 則證明所得無(wú)水氯化鎂晶體中不含氯化鈉 答焰色反應(yīng)也可 HCl 氣流 MgCl2 6H2O Mg OH Cl HCl 5H2O 方法技巧點(diǎn)撥 本題是工業(yè)流程題 讀懂流程是關(guān)鍵 題中涉及粗鹽的提取 制堿工業(yè) 鎂的提取等 是一道綜合性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)流程題 從流程中找到實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?正確分析每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟 理解每一個(gè)步驟中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng) 考點(diǎn)四工業(yè)制備硫酸 例4 分析下面兩個(gè)案例并回答有關(guān)問(wèn)題 1 某城鎮(zhèn)生產(chǎn) 生活的分布情況如圖所示 河流中W X Y Z處某次水樣抽測(cè)結(jié)果如表所示 導(dǎo)致X Y處水樣pH變化的原因可能是 Z處魚類大量減少 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是 2 某地區(qū)已探明蘊(yùn)藏有豐富的赤鐵礦 主要成分為Fe2O3 還含有SiO2等雜質(zhì) 煤礦 石灰石和黏土 擬在該地區(qū)建設(shè)大型煉鐵廠 隨著鐵礦的開(kāi)發(fā)和煉鐵廠的建立 需要在該地區(qū)相應(yīng)建立焦化廠 發(fā)電廠 水泥廠等 形成有規(guī)模的工業(yè)體系 據(jù)此確定上圖中相應(yīng)工廠的名稱 A B C D 以赤鐵礦為原料 寫出高爐煉鐵中得到生鐵和產(chǎn)生爐渣的化學(xué)方程式 從 三廢 利用 環(huán)境保護(hù)等角度考慮 該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)采取的一些措施有 舉出2種措施即可 解析 1 從給出的數(shù)據(jù)看 X處水樣呈堿性 Y處水樣呈酸性 Z處水樣缺氧 造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH升高 火力發(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達(dá)標(biāo)就排放 造成Y處等的河水pH降低 或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會(huì)導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生 使Y處等的河水pH降低 化肥廠 農(nóng)田及生活污水Z處河水富營(yíng)養(yǎng)化 水溫較高 適于藻類等水生植物生長(zhǎng) 河水中溶解氧被大量消耗 導(dǎo)致魚類死亡 2 某地區(qū)有豐富煤礦可建立發(fā)電廠和焦化廠 有豐富赤鐵礦和石灰石可建立煉鐵廠 有豐富的石灰石和黏士可建立水泥廠 高爐煉鐵相關(guān)反應(yīng) Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 CaCO3 SiO2 CaSiO3 CO2 從 三廢 利用 環(huán)境保護(hù)等角度考慮 該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)建立污水處理系統(tǒng) 將石灰石煅燒成生石灰用于吸收發(fā)電廠和焦化廠燃煤時(shí)產(chǎn)生的SO2 減少對(duì)空氣的污染 高溫 高溫 答案 1 造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH升高 火力發(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達(dá)標(biāo)就排放 造成Y處等的河水 pH降低 或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會(huì)導(dǎo)致酸雨 飄落后使Y處等的河水pH降低 化肥廠 農(nóng)田及生活污水使Z處河水富營(yíng)養(yǎng)化 水溫較高 適于藻類等水生植物生長(zhǎng) 河水中溶解氧被大量消耗 導(dǎo)致魚類死亡 2 發(fā)電廠焦化廠煉鐵廠水泥廠 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2CaCO3 SiO2 CaSiO3 CO2 用煉鐵廠的爐渣 或CaSiO3 作為水泥廠的原料用發(fā)電廠的煤矸石和粉煤灰作為水泥廠的原料將石灰石煅燒成生石灰 用于吸收發(fā)電廠和焦化廠烯煤時(shí)產(chǎn)生的SO2 減少對(duì)空氣的污染建立污水處理系統(tǒng) 任意兩種即可 高溫 高溫 方法技巧點(diǎn)撥 本題考查的是接觸法制硫酸的生產(chǎn)過(guò)程 反應(yīng)原理 生產(chǎn)設(shè)備和一些生產(chǎn)措施在工業(yè)生產(chǎn)中的意義 要從最本質(zhì)的角度分析實(shí)際操作的原因 以免被一些次要問(wèn)題所迷惑 考點(diǎn)五工業(yè)生產(chǎn)純堿 例5 純堿是一種重要的化工原料 目前制堿工業(yè)主要有 氨堿法 和 聯(lián)合制堿法 兩種工藝 請(qǐng)按要求回答問(wèn)題 1 氨堿法 產(chǎn)生大量CaCl2廢棄物 請(qǐng)寫出該工藝中產(chǎn)生CaCl2的化學(xué)方程式 2 寫出 聯(lián)合制堿法 有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式 3 CO2是制堿工業(yè)的重要原料 聯(lián)合制堿法 與 氨堿法 中CO2的來(lái)源有何不同 4 綠色化學(xué)的重要原則之一是提高反應(yīng)的原子利用率 根據(jù) 聯(lián)合制堿法 總反應(yīng) 列出計(jì)算原子利用率的表達(dá)式 原子利用率 解析 1 氨堿法中產(chǎn)生CaCl2的化學(xué)方程式為 2NH4Cl Ca OH 2 CaCl2 2NH3 2H2O 2 聯(lián)合制堿法的有關(guān)方程式為 NH3 CO2 H2O NH4HCO3 NH4HCO3 NaCl NaHCO3 NH4Cl 4 聯(lián)合制堿法的反應(yīng)式為 NH3 CO2 H2O NaCl NaHCO3 NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3 H2O CO2 總反應(yīng)可看作是 2NH3 2NaCl CO2 H2O Na2CO3 2NH4Cl 所以 原子利用率 優(yōu)缺點(diǎn) 此法的優(yōu)點(diǎn)是原料經(jīng)濟(jì) 能連續(xù)生產(chǎn) 副產(chǎn)物NH3和CO2可回收使用 但缺點(diǎn)是大量的CaCl2用途不大 NaCl利用率只有70 左右 約有30 NaCl在母液中 聯(lián)合制堿法 的反應(yīng)過(guò)程如下 將飽和的食鹽溶液在冷卻時(shí)用氨飽和 后在加壓下通入二氧化碳 來(lái)源于合成氨工業(yè)的廢氣 由于NaHCO3溶解度較小而析出 將析出的NaHCO3晶體煅燒 即可制得碳酸鈉 根據(jù)氯化銨在常溫時(shí)的溶解度比氯化鈉大 而在低溫時(shí)卻比氯化鈉溶解度小的原理 向母液中加入磨細(xì)的食鹽粉末 產(chǎn)生同離子效應(yīng)而使氯化銨單獨(dú)結(jié)晶出來(lái) 1 碳酸氫銨與飽和食鹽水反應(yīng) 能析出碳酸氫鈉晶體的原因是 填字母標(biāo)號(hào) A 碳酸氫鈉難溶于水B 碳酸氫鈉受熱易分解C 碳酸氫鈉的溶解度相對(duì)較小 所以在溶液中首先結(jié)晶析出 2 某探究活動(dòng)小組根據(jù)上述制堿原理 進(jìn)行碳酸氫鈉的制備實(shí)驗(yàn) 同學(xué)們按各自設(shè)計(jì)的方案實(shí)驗(yàn) 一位同學(xué)將二氧化碳?xì)怏w通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉 實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示 圖中夾持 固定用的儀器未畫出 C 試回答下列有關(guān)問(wèn)題 a 乙裝置中的試劑是 b 丁裝置中稀硫酸的作用是 c 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后 分離出NaHCO3晶體的操作是 填分離操作的名稱 飽和碳酸氫鈉溶液 吸收未反應(yīng)的NH3 過(guò)濾 另一位同學(xué)用圖中戊裝置 其他裝置未畫出 進(jìn)行實(shí)驗(yàn) a 實(shí)驗(yàn)時(shí) 須先從 管通入 氣體 再?gòu)?管中通入 氣體 b 有同學(xué)建議在戊裝置的b管下端連接己裝置 理由是 3 請(qǐng)你再寫出一種實(shí)驗(yàn)室制取少量碳酸氫鈉的方法 a NH3 b CO2 增大氣體與溶液接觸面積 提高CO2吸收率 往燒堿溶液中通入過(guò)量CO2 或往飽和Na2CO3溶液中通入過(guò)量CO2等 其他合理方法均可 解析 1 在溶液中溶解度最小的物質(zhì)最先析出 2 除去CO2中的HCl用飽和NaHCO3溶液 H2SO4吸收揮發(fā)出來(lái)的NH3 NaHCO3以固體形式析出 應(yīng)采用過(guò)濾操作 侯氏制堿法應(yīng)向飽和NaCl溶液中先通NH3后通CO2 因?yàn)镹H3溶解度大 可吸收更多CO2 生成較多NaHCO3固體 NH3極易溶于水 易發(fā)生倒吸 所以從a管進(jìn)入 己為多孔球泡 可增大接觸面積 3 可利用以下反應(yīng)原理制備NaHCO3 NaOH CO2 NaHCO3 Na2CO3 CO2 H2O 2NaHCO3 2 工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如下圖 1 我國(guó)黃鐵礦資源比較豐富 但很多工廠仍以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸 理由是 2 在催化反應(yīng)室 下列措施中有利于提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率的有 A 升高溫度B 減少壓強(qiáng)C 不斷補(bǔ)充空氣D 及時(shí)分離出SO3 黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物太多 處理成本高 C D 3 在生產(chǎn)中為提高催化劑催化效率采取了哪些措施 至少答出兩點(diǎn)措施 4 已知2SO2 g O2 g 2SO3 g DH 196kJ mol 1 在450 常壓和釩催化條件下向一密閉容器中充入2molSO2和1molO2 充分反應(yīng)后 放出的熱量 填 或 196kJ 理由是 凈化氣體 控制溫度在400 500 增大催化劑與反應(yīng)氣體的接觸面積 在1atm和298K條件下 2molSO2和1molO2完全反應(yīng)生成2molSO3 放出196kJ熱量 該反應(yīng)為可逆反應(yīng) 不可能進(jìn)行完全 又因?yàn)榉磻?yīng)溫度為450 所以放出的熱量小于 5 經(jīng)檢測(cè)生產(chǎn)硫酸的原料氣成分 體積分?jǐn)?shù) 為SO27 O211 N282 在500 0 1MPa條件下達(dá)到平衡時(shí) 各種氣體的體積比為V SO2 V SO3 V O2 V N2 0 46 6 54 7 73 82 則SO2的利用率為 93 4 解析 2 二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的反應(yīng)為正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng) 所以低溫高壓有利于提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率 5 在生產(chǎn)過(guò)程中 氮?dú)鉀](méi)有參加反應(yīng) 所以其體積不變 則可看作反應(yīng)前氣體的體積SO2 O2 N2分別為7L 11L 82L 反應(yīng)后SO2的體積為0 46L 所以SO2的轉(zhuǎn)化率為 100 93 4 3 廢水中的氮常以含氮有機(jī)物 氨 硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在 生物處理的方法是先將大多數(shù)有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮 然后通過(guò)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成N2而消除污染 生物除氮工藝有以下幾種方法 方法一 在好氧條件下 通過(guò)好氧硝化菌的作用 將廢水中氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為中間過(guò)渡形態(tài)的硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮 然后在缺氧條件下 利用反硝化菌 硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮被水中的有機(jī)物還原為氮?dú)?見(jiàn)圖中 反應(yīng)過(guò)程如下 注 有機(jī)物以甲醇表示 當(dāng)廢水中有機(jī)物不足時(shí) 需另外投加有機(jī)碳源 2 3O2 2HNO2 2H2O 2H 2HNO2 O2 2HNO36 2CH3OH 6NO 2CO2 4H2O6 3CH3OH 3N2 3CO2 3H2O 6OH 方法二 與方法一相比 差異僅為硝化過(guò)程的中間過(guò)渡形態(tài)只有亞硝酸態(tài)氮 見(jiàn)圖中 請(qǐng)回答以下問(wèn)題 1 的空間構(gòu)型為 大氣中的氮氧化物的危害有 和 等 2 方法一中氨態(tài)氮元素1g轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮時(shí)需氧的質(zhì)量為 g 3 從原料消耗的角度說(shuō)明方法二比方法一有優(yōu)勢(shì)的原因 正四面體 破壞臭氧層 光化學(xué)污染 或形成酸雨 4 57 或4 6 節(jié)省氨態(tài)氮氧化到硝酸態(tài)氮所需消耗的氧 還可節(jié)省還原硝酸態(tài)氮到氮?dú)獾挠袡C(jī)碳源 4 自然界中也存在反硝化作用 使硝酸鹽還原成氮?dú)?從而降低了土壤中氮素營(yíng)養(yǎng)的含量 對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利 農(nóng)業(yè)上可通過(guò)松土作業(yè) 以防止反硝化作用 其原因是 5 荷蘭Delft大學(xué)Kluyver生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確認(rèn)了一種新途徑 在厭氧條件下 以亞硝酸鹽作為氧化劑 在自養(yǎng)菌作用下將氨態(tài)氮 氨態(tài)氮以NH表示 氧化為氮?dú)?見(jiàn)圖中過(guò)程 其反應(yīng)離子方程式為 增加與氧氣的接觸 防止反硝化作用 N2 2H2O 解析 本題是與生活相聯(lián)系的信息情景題 1 氮的氧化物常見(jiàn)危害是破壞臭氧層 形成光化學(xué)煙霧 形成酸雨等 2 從方程式可以看出 2mol完全轉(zhuǎn)化為HNO3時(shí)消耗4molO2 則1g氨態(tài)氮元素需要的氧氣的質(zhì)量為 32g 4 57g 3 注意要從原料消耗的角度去解釋 4 通過(guò)松土作業(yè) 增加與氧氣的接觸 防止反硝化作用 5 依據(jù)題中所給的信息 可以寫出方程式 N2 2H2O 4 2010 上海 工業(yè)生產(chǎn)純堿的工藝流程示意圖如下 完成下列填空 1 粗鹽水加入沉淀劑A B除雜質(zhì) 沉淀劑A來(lái)源于石灰窯廠 寫出A B的化學(xué)式 A B Ca OH 2或CaO Na2CO3 2 實(shí)驗(yàn)室提純粗鹽的實(shí)驗(yàn)操作依次為 取樣 沉淀 冷卻結(jié)晶 烘干 3 工業(yè)生產(chǎn)純堿工藝流程中 碳酸化時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象是 碳酸化時(shí)沒(méi)有析出碳酸鈉晶體 其原因是 4 碳酸化后過(guò)濾 濾液D最主要的成分是 填寫化學(xué)式 檢驗(yàn)這一成分的陰離子的具體方法是 溶解 過(guò)濾 蒸發(fā) 過(guò)濾 有晶體析出 或出現(xiàn)渾濁 碳酸鈉溶解度比碳酸氫鈉大 NH4Cl 取樣 加硝酸酸化 加硝酸銀 有白色沉淀 該陰離子是氯離子 5 氨堿法流程中氨是循環(huán)使用的 為此 濾液D加入石灰水產(chǎn)生氨 加石灰水后所發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式為 濾液D加石灰水前先要加熱 原因是 6 產(chǎn)品純堿中含有碳酸氫鈉 如果用加熱分解的方法測(cè)定純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可表示為 注明你的表達(dá)式中所用的有關(guān)符號(hào)的含義 OH NH3 H2O 防止加石灰水時(shí)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀 w NaHCO3 m1樣品的質(zhì)量 m2加熱后固體的質(zhì)量 解析 1 粗鹽中的雜質(zhì)是Ca2 Mg2 沉淀劑A源于石灰窯 說(shuō)明其是生石灰或熟石灰 它用于除去Mg2 再用Na2CO3除去Ca2 2 實(shí)驗(yàn)室提純粗鹽的整個(gè)操作過(guò)程為 取樣 溶解 沉淀 過(guò)濾 蒸發(fā) 冷卻結(jié)晶 過(guò)濾 烘干幾步 3 在原飽和食鹽水中 氨化 呈堿性 后 可以溶解較多的CO2 碳酸化 產(chǎn)生較大濃度的 從而有NaHCO3晶體析出 4 由于反應(yīng)是NaCl NH3 CO2 NaHCO3 NH4Cl 所以碳酸化后溶液中主要是NH4Cl 檢驗(yàn)Cl 時(shí) 要注意先酸化 因?yàn)槿芤撼蕢A性 解得 w NaHCO3 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全