10.資源的高效利用對保護環(huán)境.促進經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展具有重要作用.磷尾礦主要含Ca5(PO43F和CaCO3•MgCO3.某研究小組提出了磷尾礦綜合利用的研究方案,制備具有重要工業(yè)用途的CaCO3、Mg(OH)2、P4和H2其簡化流程如圖:

已知:①Ca5(PO43F在950℃不分解
②4Ca5(PO43F+18SiO2+30C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4
請回答下列問題:
(1)950℃煅燒磷尾礦生成氣體的主要成分是二氧化碳(CO2
(2)實驗室過濾所需的玻璃儀器是燒杯、漏斗和玻璃棒
(3)NH4NO3溶液能從磷礦Ⅰ中浸取出Ca2+的原因是NH4+水解使溶液呈酸性,與CaO、Ca(OH)2反應(yīng)生成Ca2+
(4)在浸取液Ⅱ中通入NH3,發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是MgSO4+2NH3+2H2O=Mg(OH)2↓+(NH42SO4
(5)工業(yè)上常用磷精礦[Ca5PO43F]和硫酸反應(yīng)制備磷酸.已知25℃,101kPa時:
CaO(s)+H2SO4(l)═CaSO4(s)+H2O(l)△H=-271kJ/mol
5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)═Ca5(PO43F(s)+5H2O(l)△H=-937kJ/mol
則Ca5(PO43F和硫酸反應(yīng)生成磷酸的熱化學方程式是Ca5(PO43F (s)+5H2SO4(l)=5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g)△H=-418kJ/mol
(6)在一定條件下CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),當CO與H2O(g)的起始物質(zhì)的量之比為1:5,達平衡時,CO轉(zhuǎn)化了$\frac{5}{6}$.若a kg含Ca5(PO43F(相對分子質(zhì)量為504)的質(zhì)量分數(shù)為10%的磷尾礦,在上述過程中有b%的Ca5(PO43F轉(zhuǎn)化為P4,將產(chǎn)生的CO與H2O(g)按起始物質(zhì)的量之比1:3混合,則在相同條件下達平衡時能產(chǎn)生H2$\frac{ab}{44800}$kg.

分析 磷尾礦[主要含Ca5(PO43F和CaCO3•MgCO3]在950℃下煅燒,其中碳酸鈣和碳酸鎂分解,生成氣體的成分為二氧化碳(CO2),磷礦Ⅰ的主要成分為Ca5(PO43F、CaO、MgO,NH4NO3溶液中銨離子水解呈酸性,可溶解CaO,得到的浸取液Ⅰ含有Ca2+,可生成CaCO3,磷礦Ⅱ含有Ca5(PO43F、MgO,加入硫酸銨浸取,浸取液Ⅱ含有鎂離子,可生成氫氧化鎂,磷精礦加入二氧化硅、C等,在高溫下發(fā)生4Ca5(PO43F+18SiO2+30C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4,可生成P4,以此解答該題.

解答 解:磷尾礦[主要含Ca5(PO43F和CaCO3•MgCO3]在950℃下煅燒,其中碳酸鈣和碳酸鎂分解,生成氣體的成分為二氧化碳(CO2),磷礦Ⅰ的主要成分為Ca5(PO43F、CaO、MgO,NH4NO3溶液中銨離子水解呈酸性,可溶解CaO,得到的浸取液Ⅰ含有Ca2+,可生成CaCO3,磷礦Ⅱ含有Ca5(PO43F、MgO,加入硫酸銨浸取,浸取液Ⅱ含有鎂離子,可生成氫氧化鎂,磷精礦加入二氧化硅、C等,在高溫下發(fā)生4Ca5(PO43F+18SiO2+30C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4,
(1)根據(jù)題給化學工藝流程和信息①知磷尾礦[主要含Ca5(PO43F和CaCO3•MgCO3]在950℃下煅燒,其中碳酸鈣和碳酸鎂分解,生成氣體的成分為二氧化碳(CO2),故答案為:二氧化碳(CO2);
(2)實驗室過濾所需的玻璃儀器是燒杯、漏斗和玻璃棒,故答案為:燒杯、漏斗和玻璃棒;
(3)NH4NO3溶液中銨離子水解呈酸性,H+能從磷礦I中浸取出Ca2+,故答案為:NH4+水解使溶液呈酸性,與CaO、Ca(OH)2反應(yīng)生成Ca2+;
(4)根據(jù)化學工藝流程判斷浸取液II的主要成分為硫酸鎂溶液,通入NH3,發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是MgSO4+2NH3+2H2O=Mg(OH)2↓+(NH42SO4,
故答案為:MgSO4+2NH3+2H2O=Mg(OH)2↓+(NH42SO4;
(5)已知25℃,101kPa時:
①CaO(s)+H2SO4(l)═CaSO4(s)+H2O(l)△H=-271kJ/mol
②5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)═Ca5(PO43F(s)+5H2O(l)△H=-937kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律:①×5-②得Ca5(PO43F和硫酸反應(yīng)生成磷酸的熱化學方程式是Ca5(PO43F (s)+5H2SO4(l)=5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g)△H=-418kJ/mol,
故答案為:Ca5(PO43F (s)+5H2SO4(l)=5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g)△H=-418kJ/mol;
(6)根據(jù)題給數(shù)據(jù)利用三行式分析.設(shè)CO的起始濃度為1mol/L,則水蒸氣的起始濃度為5mol/L
                CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),
起始濃度(mol/L)1      5          0     0
轉(zhuǎn)化濃度(mol/L)$\frac{5}{6}$     $\frac{5}{6}$         $\frac{5}{6}$    $\frac{5}{6}$
平衡濃度(mol/L)$\frac{1}{6}$    $\frac{25}{6}$        $\frac{5}{6}$    $\frac{5}{6}$
則K=$\frac{c(C{O}_{2})c({H}_{2})}{c(CO)C({H}_{2}O)}$=$\frac{\frac{5}{6}×\frac{5}{6}}{\frac{1}{6}×\frac{25}{6}}$=1.

相同條件下當CO與H2O(g)的起始物質(zhì)的量之比為1:3,平衡常數(shù)不變,設(shè)轉(zhuǎn)化的CO為x.
            CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),
起始濃度(mol/L)1      3          0     0
轉(zhuǎn)化濃度(mol/L)x      x          x     x
平衡濃度(mol/L)(1-x)   (3-x)       x     x
則$\frac{{x}^{2}}{(1-x)(3-x)}$=1,解得x=$\frac{3}{4}$,即達平衡時,CO轉(zhuǎn)化了$\frac{3}{4}$,轉(zhuǎn)化為P4的Ca5(PO43F質(zhì)量為a×10%×b%kg,
根據(jù)反應(yīng)4Ca5(PO43F+18SiO2+30C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4知生成CO的質(zhì)量為$\frac{30×28×a×10%×b%}{4×504}$kg,
則轉(zhuǎn)化的CO的質(zhì)量為$\frac{3}{4}$×$\frac{30×28×a×10%×b%}{4×504}$kg,
根據(jù)反應(yīng):CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)知相同條件下達平衡時能產(chǎn)生H2$\frac{3×(30×28×a×10%×b%)}{56×(4×504)}$=$\frac{ab}{44800}$kg.
故答案為:$\frac{ab}{44800}$.

點評 本題考查物質(zhì)的制備,涉及化學反應(yīng)原理,涉及化學反應(yīng)速率、化學平衡、化學反應(yīng)與能量等知識,題目難度較大,注意掌握實驗的原理和流程,把握平衡常數(shù)的意義,試題計算量較大,充分培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學計算能力.

練習冊系列答案
相關(guān)習題

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15.已知AB3易溶于有機溶劑,不溶于水,則下列說法正確的是( 。
A.AB3是非極性分子B.A原子無孤對電子
C.A原子為sp3雜化D.AB3為三角錐形結(jié)構(gòu)

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

1.特殊方程式的書寫:
(1)KClO3可用于實驗室制O2,若不加催化劑,400℃時分解只生成兩種鹽,其中一種是無氧酸鹽,另一種鹽的陰陽離子個數(shù)比為1:1.寫出該反應(yīng)的化學方程式:4KClO3$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$KCl+3KClO4
(2)PF5極易水解,其產(chǎn)物為兩種酸,寫出PF5水解的化學方程式:PF5+4H2O═H3PO4+5HF.
(3)MnO2可與KOH和KClO3在高溫條件下反應(yīng),生成K2MnO4,反應(yīng)的化學方程式為3MnO2+6KOH+KClO3 $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3K2MnO4+KCl+3H2O.
(4)(CN)2稱為擬鹵素,性質(zhì)與鹵素類似,其與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學方程式為2NaOH+(CN)2=NaCN+NaCNO+H2O.

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18.在兩份相同的Ba(OH)2溶液中,分別滴入物質(zhì)的量濃度相等的H2SO4、NaHSO4溶液,其導電能力隨滴入溶液體積變化的曲線如圖所示.下列分析不正確的是( 。
A.①代表滴加H2SO4溶液的變化曲線
B.b點,溶液中大量存在的離子是Na+、OH-
C.c點,兩溶液中含有相同量的OH-
D.a、d兩點對應(yīng)的溶液均顯中性

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科目:高中化學 來源: 題型:實驗題

5.以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑.從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境
又有利于資源綜合利用.廢釩催化劑的主要成分為:
物質(zhì)V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3
質(zhì)量分數(shù)/%2.2~2.92.8~3.122~2860~651~2<1
以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線:

回答下列問題:
(1)“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為VO2+,反應(yīng)的離子方程式為V2O5+2H+=2VO2++H2O,同時V2O4轉(zhuǎn)成VO2+.“廢渣1”的主要成分是SiO2
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+變?yōu)閂O2+,則需要氧化劑KClO3至少為0.5mol.
(3)“中和”作用之一是使釩以V4O124-形式存在于溶液中.“廢渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3
(4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為:4ROH+V4O124-$?_{洗脫}^{離子交換}$R4V4O12+4OH-(以ROH為強堿性陰離子交換樹脂).為了提高洗脫效率,淋洗液應(yīng)該呈堿性(填“酸”“堿”“中”).
(5)“流出液”中陽離子最多的是K+
(6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀,寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式2NH4VO3$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$V2O5+H2O↑+2NH3↑.

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

15.下列說法正確的是(  )
A.活化分子間的碰撞一定是有效碰撞
B.對于任何化學反應(yīng),增大壓強均可使單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多,反應(yīng)速率加快
C.加入反應(yīng)物,可增加活化分子百分數(shù),從而增大化學反應(yīng)速率
D.某反應(yīng)的△H=100kJ•mol-1,說明正反應(yīng)活化能比逆反應(yīng)活化能大100kJ•mol-1

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

2.等體積的HnRO3和Hn+1RO4兩種酸分別與等量的NaOH溶液恰好中和成正鹽,則兩種酸的物質(zhì)的量濃度比為( 。
A.1:1B.n:(n+1)C.1:(n+1)D.(n+1):n

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科目:高中化學 來源: 題型:實驗題

7.以Na2SO3溶液和不同金屬的硫酸鹽溶液作為實驗對象,探究鹽的性質(zhì)和鹽溶液間反應(yīng)的多樣性.
實驗試劑現(xiàn)象
滴管試管
 
 
0.2 mol•L-1 Na2SO3溶液飽和Ag2SO4溶液Ⅰ.產(chǎn)生白色沉淀
0.2 mol•L-1 CuSO4Ⅱ.溶液變綠,繼續(xù)滴加產(chǎn)生棕黃色沉淀
0.1 mol•L-1 Al2(SO43溶液Ⅲ.開始無明顯變化,繼續(xù)滴加產(chǎn)生白色沉淀
(1)經(jīng)檢驗,現(xiàn)象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3.用離子方程式解釋現(xiàn)象Ⅰ:2Ag++SO32-=Ag2SO3↓.
(2)經(jīng)檢驗,現(xiàn)象Ⅱ的棕黃色沉淀中不含SO42-,含有Cu+、Cu2+和SO32-
已知:Cu+$\stackrel{稀硫酸}{→}$Cu+Cu2+,Cu2+$\stackrel{I-}{→}$CuI↓(白色)+I2
①用稀硫酸證實沉淀中含有Cu+的實驗現(xiàn)象是析出紅色固體.
②通過下列實驗證實,沉淀中含有Cu2+和SO32-

a.白色沉淀A是BaSO4,試劑1是HCl和BaCl2溶液.
b.證實沉淀中含有Cu2+和SO32-的理由是在I-的作用下,Cu2+轉(zhuǎn)化為白色沉淀CuI,SO32-轉(zhuǎn)化為SO42-
(3)已知:Al2(SO33在水溶液中不存在.經(jīng)檢驗,現(xiàn)象Ⅲ的白色沉淀中無SO42-,該白色沉淀既能溶于強酸,又能溶于強堿,還可使酸性KMnO4溶液褪色.
①推測沉淀中含有亞硫酸根和Al(OH)3
②對于沉淀中亞硫酸根的存在形式提出兩種假設(shè):i.被Al(OH)3所吸附;ii.存在于鋁的堿式鹽中.對假設(shè)ii設(shè)計了對比實驗,證實了假設(shè)ii成立.
a.將對比實驗方案補充完整.
步驟一:
步驟二:(按圖形式呈現(xiàn)).
b.假設(shè)ii成立的實驗證據(jù)是V1明顯大于V2
(4)根據(jù)實驗,亞硫酸鹽的性質(zhì)有溶解性、還原性、在水溶液中呈堿性.鹽溶液間反應(yīng)的多樣性與兩種鹽溶液中陰、陽離子的性質(zhì)和反應(yīng)條件有關(guān).

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

8.制備(NH42Fe(SO42•6H2O的實驗中,需對過濾出產(chǎn)品的母液(pH<1)進行處理.常溫下,分別取母液并向其中加入指定物質(zhì),反應(yīng)后的溶液中主要存在的一組離子正確的是(  )
A.通入過量Cl2:Fe2+、H+、NH4+、Cl-、SO42-
B.加入過量NaClO溶液:NH4+、Fe2+、H+、SO42-、ClO-
C.加入過量NaOH溶液:Na+、Fe2+、NH4+、SO42-、OH-
D.加入過量NaClO溶液和NaOH的混合溶液:Na+、SO42-、Cl-、ClO-、OH-

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