30.(10分)四氧化三锰(Mn3O4)是电子工业的磁性材料,而氯化铅(PbCl2)常用于焊料和助溶剂、制备其他铅盐等。用方铅矿精矿(主要成分为PbS)和软锰矿(主要成分是MnO2,还含有Fe2O3、Al2O3等杂质)制备PbCl2和Mn3O4的工艺流程如下:
已知:PbCl2(s)+2Cl(aq)
-
PbCl2 (aq) ΔH>0
(1)80 ℃时,为提高方铅矿精矿、软锰矿与盐酸反应的速率,可采取的措施有 (写出一条即可)。
(2)试剂X是 (填化学式)。
(3)用盐酸处理两种矿石粉末,生成MnCl2、PbCl2和S的总反应化学方程式为 。
(4)结合化学用语回答,向酸浸液中加入饱和食盐水的目的是 。
(5)向滤液b中通入NH3和O2发生反应后,总反应的离子方程式为 。
(6)金属锰可以用Mn3O4为原料,通过铝热反应来制备,当生成5.5 kg Mn时,理论上消耗金属铝的质量最少为 kg。
答案 (1)将矿石样品粉碎、搅拌、适当增大盐酸的浓度(任写一条,合理即可) (2)NaOH (3)MnO2+PbS+4HCl
-
MnCl2+PbCl2+S+2H2O
-
(4)增大溶液中c(Cl),使平衡PbCl2(s)+2Cl(aq)(5)6Mn+12NH3+6H2O+O2(6)2.4
2+
PbCl2 (aq)正向移动
12NH +2Mn3O4
解析 (1)增大反应速率的方法有增大反应物接触面积、增大反应物浓度,升高温度等方法,本题可以采用粉碎矿石、搅拌、适当增大盐酸的浓度的方法来提高方铅矿精矿、软锰矿与盐酸反应的速率。 (2)通过反应流程可以看出加入试剂X后氢氧化铝溶解、氢氧化铁没有变化,可推知试剂X为氢氧化钠。 (4)向酸浸液中加入饱和食盐水的目的是:增大溶液中c(Cl),使平衡PbCl2(s)+2Cl(aq)正向移动。
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--
PbCl2 (aq)
(6)Mn3O4的铝热反应为3Mn3O4+8Al质量最少为2.4 kg。
9Mn+4Al2O3,得出
55 g mol8 2 g mol5 5 g
=
(Al) ,m(Al)=2.4 kg,故消耗金属铝的
31.(10分)以冶炼金属铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝,既能降低环境污染又可提高铝资源的利用率。已知铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3),其制备流程如下:
(1)用上图中“滤渣”和NaOH焙烧制备硅酸钠,可采用的装置为 (填选项编号)。
(2)流程中加入H2O2有气体产生,原因是 。 (3)通过调节溶液的pH来“沉铁”,得到Fe(OH)3。已知:
开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH
为保证产品的纯度,可以选用下列物质中的 调节溶液pH(填字母),调节pH的范围为 。 a.Al2O3 b.NaOH c.Al(OH)3 d.Na2CO3
(4)煅烧硫酸铝铵晶体,发生的主要反应为4[NH4Al(SO4)2·12H2O]
Fe Fe Al 2.2 7.5 3.7 3.2 9.0 4.7 3+2+3+2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5S 3↑+ S 2↑+5 H2O,将产生的气体通过下图所示的装置:
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①集气瓶中收集到的气体是 (填化学式)。 ②装有KMnO4溶液洗气瓶的作用是 。
③选用一种常用化学试剂和稀硝酸检验硫酸铝铵,该试剂为 ,写出硫酸铝铵中加入足量该试剂发生反应的离子方程式: 。 答案 (1)B
(2)Fe对H2O2的分解有催化作用 (3)ac .2≤pH< .
2
( )①N2 ②吸收SO2 ③浓Ba(OH)2溶液 NH +Al+2S +2Ba+5OH
3+
2+
-3+
Al 2+NH3↑+ H2O+2BaSO4↓
-
解析 (1)铝灰中Al2O3、FeO、Fe2O3均被稀硫酸溶解,所以剩余的“滤渣”的主要成分是SiO2;二氧化硅与氢氧化钠焙烧制备硅酸钠;蒸发皿不能用来加热固体,A错误;铁与二氧化硅、氢氧化钠均不反应,可以用铁坩埚进行加热,B正确;玻璃和瓷坩埚中含有的二氧化硅和氢氧化钠反应,C、D错误。
(2)H2O2溶液在氧化Fe时生成的Fe对H2O2的分解有催化作用,所以流程中加入H2O2有气体产生。 (3)本流程最终制备氧化铝,因此,要加入含有铝元素、能够与酸反应,但不溶于水的化合物来调节溶液的pH,氧化铝、氢氧化铝都不溶于水,都能和酸反应,溶解后又不产生新杂质,满足流程要求;为了使铁离子变为沉淀,而铝离子不沉淀,根据表中数据可知,调节溶液的pH范围为 .2≤pH< . 。
(4)将产生的混合气体通入装置中,SO3溶于水生成H2SO4,H2SO4与NaHSO3反应生成SO2;同时NaHSO3溶液能与氨水反应,所以混合气体中SO3和NH3被吸收;KMnO4具有强氧化性,能将SO2氧化,最终用排水法收集到的是N2。
NH4Al(SO4)2·12H2O晶体中含有铵根离子、铝离子和硫酸根离子,加入浓Ba(OH)2溶液就可以检验出这三种离子:向硫酸铝铵溶液中逐滴滴加浓氢氧化钡溶液直至过量,先产生白色沉淀,并闻到有刺激性气味;因为硫酸钡不溶于强碱,而氢氧化铝溶于过量的强碱;所以当碱过量后,白色沉淀部分溶解;硫酸铝铵中加
2 入足量Ba(OH)2溶液,反应的离子方程式为NH +Al+2S +2Ba+5OH
3+
2+
-2+
3+
Al 2+NH3↑+ H2O+2BaSO4↓。
-
32.(10分)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中有重要用途。 Ⅰ.工业上有多种方法来制备氮化硅,下面是几种常见的方法:
(1)方法一——直接氮化法:在1 00~1 00 ℃时,高纯粉状硅与纯氮气化合,其反应方程式为3Si+2N2
Si3N4。
(2)方法二——可以用NH3和SiH4(硅烷)在一定条件下反应,并在600 ℃的加热基板上生成氮化硅膜,其化学方程式为 。
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(3)方法三——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氯化氢,与方法一相比,用此法制得的氮化硅纯度较高,其原因是 。 (4)方法四——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: (填化学式);然后使Si(NH2)4受热分解,分解后的另一种产物的化学式为 。 Ⅱ.工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下:
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)写出焦炭与原料B中的主要成分反应的化学方程式: 。 (2)上述生产流程中电解A的水溶液时,以Cu为阳极电解A的水溶液的电解总反应式为 。 答案 Ⅰ.(2) SiH4+4NH3
Si3N4+12H2
(3)方法一所得到的产品中混有单质硅(或方法三除产品是固体外,其他物质均为气体) (4)HCl NH3 Ⅱ.(1)Si 2+2C(2)Cu+2H2O
Si+2C ↑
H2↑+Cu( H)2
解析 Ⅰ.(2)方法二:可以用NH3和SiH4(硅烷)在一定条件下反应,并在600 ℃的加热基板上生成氮化硅膜,其化学方程式为3SiH4+4NH3
Si3N4+12H2。
(3)方法一所得到的产品中混有单质硅,而方法三除产品是固体,其他物质均为气体,故方法三得到的氮化硅纯度较高。
(4)方法四:依据化学反应中原子守恒可知四氯化硅与氨气发生反应:SiCl4+4NH3Si(NH2)4+4HCl,Si(NH2)4受热发生分解:3Si(NH2)4
Si3N4+8NH3↑。
Ⅱ.原料B与焦炭反应得到的粗产品与X反应生成SiCl4,则X为氯气,粗产品为Si,故B为SiO2;Y与氯气在光照或点燃条件下可反应,且与SiCl4反应得到高纯度Si,则Y为氢气;Z的焰色呈黄色,含有Na元素,电解A的水溶液得到氢气、氯气与Z,则Z为NaOH、A为NaCl。
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