工业流程设计题

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1、启东中学1、【原创1命题人：朱圣辉】硝酸钾是一种重要的化工产品，工业上制备硝酸钾的流程图如下:NH4HCO3固体CaSO4固体饱和(NHSO4溶液操作请回答下列问题：在饱和(NH4)2SO4溶液中，CaSO4与NH4HCO3按物质的量之比1:2恰好完全反应，该反 应的化学方程式为。操作I是，操作II是，操作III是，操作IV是。操作III的化学方程式是，该反应能在高温下自发进行的原因是。Ca(NO3)2溶液和K2SO4固体反应后需要热过滤的原因是。整个实验过程中的总反应式为，本实验中可以循环利用的 物质是 (写名称)。【答案】CaSO.+2NH,HCOa = CaCO+(NHXSO+H O+C

2、O ?443342422过滤 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤加热 冷却结晶、过滤(3)(NH ) SO +2KC1 工 KSO +2NH f+2HClf 反应中熵值增大424243防止KNO3冷却时结晶析出，而导致产率下降NH HCO +HNO +KCl=NH Cl+KNO +H O+CO f 硫酸铵、硫酸钙4334322 12、源题2006年世界锂离子电池总产量超过25亿只，锂电池消耗量巨大，对不可再生的金 属资源的消耗是相当大的。因此锂离子电池回收具有重要意义，其中需要重点回收的是正 极材料，其主要成分为钻酸锂(LiCoO2)、导电乙快黑(一种炭黑)、铝箔以及有机粘接 剂。某回收工艺流程如下：(

3、1)、上述工艺回收到的产物有稀硫酸滤液T调pH卜汽过滤| Al(OH)3固体Co叫溶液滤渣一_过滤i滤液T 萃取法分离|ILi阻溶液H阻、H务饱和Naf*溶液可哭固体 T过滤一I加热至95。lT浓缩(2) 、废旧电池可能由于放电不完全而残留有原子态的锂，为了安全对拆解环境的要求是,(3) 、碱浸时主要反应的离子方程式为(4) 、酸浸时反应的化学方程式为。(5)、生成Li2CO3的化学反应方程式为。已知Li2CO3在水中的溶解度随着温度升高而减小，最后一步过滤时应该答案(1)Al(OH)3、CoSO4、Li2CO3(2) 隔绝空气和水分(3) 2A1+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2f(4

4、) 2LiCoO +H O +3H SO Li SO +2CoSO +O f+4H O2 2 22 42 442】2(5) LiSO+Na CO Na SO+Li CO ； 趁热24232423陶炳春改编2006年世界锂离子电池总产量超过25亿只，锂电池消耗量巨大，对不可再生 的金属资源的消耗是相当大的。因此锂离子电池回收具有重要意义，其中需要重点回收的 是正极材料，其主要成分为钻酸锂(LiCoO2)、导电乙快黑(一种炭黑)、铝箔以及有机 粘接剂。某回收工艺流程如下：废旧锂电池稀硫酸滤液T调pH I过滤| Al(OH)3固体CoSO4溶液滤渣T酸浸过滤滤液T 萃取法分离JILi阻溶液地、HR饱

5、和Naf*溶液(1)上述工艺回收到的产物有可哭固体 T过计H加热至9切1浓缩(2) 废旧电池可能由 于放电不完全而 残留有原子态的 锂，为了安全对 拆解环境的要求是0(3) 碱浸后的滤液中加入稀硫酸调节溶液的pH较难操作，可改用，离 子方程式为(4) 酸浸时如果用盐酸代替 H2SO4和H2O2的混合液也能达到溶解的目的，但不利之处是，化学方程式为 0(5) 生成Li2CO3的化学反应方程式为。已知Li2CO3在水中的溶解度随着温度升高而减小，最后一步过滤时应该 0答案(1) Al(OH)3、CoSO4、Li2CO3(2) 隔绝空气和水分(3) 通入足量的 CO2气体 AlC2-+CO2+2H2

6、O=Al (OH) 2+HCO3-(4) 有氯气生成，污染较大2LiCoQ+8HCl=2LiCl+2CoCL+Cl+4HO222| 2(5) Li SO +Na CO Na SO +Li CO l 趁热242324233、原题钛是继铁、铝后的第三金属，常温下钛的化学活性很小，仅能与氟气、氢氟酸等几 种物质起作用。但在较高温度下，钛可与多种单质和化合物发生反应。工业上冶炼钛主要 以钛铁矿、金红石(含TiO2大于96% )等为原料生产。(1)由金红石为原料采用亨特(Hunter)法生产钛的流程如下：焦炭 氯气四氯化钛(液)Na550C, Ar海绵钛 沸腾氯化炉中反应：TiO2(s)+2Cl2(g)

7、=TiCl4(l) + O2(g)，在常温下能否自发进行(已知该反应 H=184kJ/mol， S=57.74J/K) (选填：“能”或“不能”)。 已知：Ti(s) +2Cl2(g) = TiCl4(l) H = 804.2kJ/mol；2Na(s) +Cl2(g) = 2NaCl(s) H = 882.0kJ/molNa(s) = Na(l) H =2.6 kJ/mol则 TiCl4(l) +4Na(l) = Ti(s) +4NaCl(s) H = kJ/mol 海绵钛破碎后用0.5%1.5%的盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至中性，用盐酸洗涤的目的是O(2) 科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发，找

8、出了冶 炼钛的新工艺。试回答下列有关问题。 TiO2直接电解法(剑桥法)生产钛是一种较先进的方法， 电解质为熔融的氯化钙，原理如右图所示，阴极获得钛可能 发生的反应或电极反应为： O SOM技术是一种绿色环保先进技术，阳极用金属陶瓷，并用固体氧离子隔膜将两极产物隔开，阳极通入某种还原性气体，可防止CO、CO2污染物产生，通入的气体是 O(3) 海棉钛通常需要经过真空电弧炉里熔炼提纯，也可通过碘提纯法，原理为：Ti(s) + 2I 2(g)； 伽 TiI4(g)，下列说法正确的是o约 1250 C(a) 该反应正反应为的 H 0(b) 在不同温度区域，TiI4的量保持不变(c) 在提纯过程中，I

9、2的量不断减少(d) 在提纯过程中，I2的作用是将粗钛从低温区转移到高温区答案：(1) 不能(2分)；一970.2 (2分)；除去其中的过量的钠并溶解氯化钠及钛的低价氯 化物(1分)(2) TiO2 +4e = Ti +。(或：Ca2+2e-=Ca ,2Ca+TiO2 = 2CaO +Ti) (2 分)H2 (1 分)(3) d (2 分)顾春燕改编钛是继铁、铝后的第三金属，常温下钛的化学活性很小，仅能与氟气、氢氟酸 等几种物质起作用。但在较高温度下，钛可与多种单质和化合物发生反应。工业上冶炼钛 主要以钛铁矿、金红石(含TiO2大于96% )等为原料生产。(1)由金红石为原料采用亨特(Hunt

10、er)法生产钛的流程如下：焦炭 氯气四氯化钛(液)Na550C, Ar海绵钛 沸腾氯化炉中反应的化学方程式为：试判断反应TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l) + O2(g),在常温下能否自发进行(已知该反应 H=184kJ/mol, S=57.74J/K)(选填：“能”或“不能”)。 已知：Ti(s) +2Cl2(g) = Tiq(l) H = 804.2kJ/mol；2Na(s) +Cl2(g) = 2NaCl(s) H = 882.0kJ/molNa(s) = Na(l) H =2.6 kJ/mol请写出用液态钠与四氯化钛置换出钛的热化学方程式 海绵钛破碎后用0.5%1.5%的

11、盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至中性，用盐酸洗涤的目的是O(2) 科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发，找出了冶 炼钛的新工艺。试回答下列有关问题。 TiO2直接电解法(剑桥法)生产钛是一种较先进的方法， 电解质为熔融的氯化钙，原理如右图所示，在阴极，被还原 的Ca进一步还原TiO2获得钛，可能发生的反应或电极反应 为： O SOM技术是一种绿色环保先进技术，阳极用金属陶瓷， 并用固体氧离子隔膜将两极产物隔开，只允许氧离子通过，在电解过程中阳极通入某种还原性气体，可防止CO、CO2污染物产生，通入的气体若是 单质，可以是 ，则阳极点击反应式为 O 答案：（1）TiO2+2Cl2+2C=TiCl4 +2C

12、O （2 分）；不能（2 分）；TiCl4（l） +4Na（l） = Ti（s） +4NaCl（s） H = 970.2kJ/mol（2 分）; 除去其中的过量的钠并溶解氯化钠及钛的低价氯化物（2分）（2）Ca2+2e-=Ca ,2Ca+TiO2 = 2CaO +Ti （2 分）H2 （1 分）；H2+O2-2e-=H2O （1 分）4、原题美国科学家理查德-海克和日本科学家根岸英一、铃木彰因在研发“有机合成中的钯催 化的交叉偶联”而获得2010年度诺贝尔化学奖。有机合成常用的钯/活性炭催化剂长期使 用，催化剂会被杂质(如：铁、有机物等)污染而失去活性，成为废催化剂，需对其再生 回收。一种由废

13、催化剂制取氯化钯的工艺流程如下：空气废催化剂焙烧1700 C 10h王水浓氨水Pd.酸溶,h除杂npH 8 9 J甲酸除PdO废渣氯化钯焙烧2加热至沸30m i滤液一酸析盐酸过滤烘干弃液Pd(N H3)2Cl2沉淀漂洗550 C(1)甲酸在反应中的作用是.（选填：“氧化剂”、“还原剂”）。(2)加浓氨水时，钯转变为可溶ftPd（NH3）42+，此时铁的存在形式是（写化学式）。(3)钯在王水（浓硝酸与浓盐酸按体积比1 : 3）中转化为H2PdCl4，硝酸还原为NO，该反应的化学方程式为：；550C焙烧2的目的是:（4）700C焙烧1的目的是:答案：（1）还原剂（2分）(2) Fe(OH)3(2

14、分)(3) 3Pd+12HCl+2HNO3=3H2PdCl4+2NOf+4H2O(2 分)（4）除去活性炭及有机物（2分）；脱氨将Pd（NH3）2Cl2转变为PdCl2 （2分）。陆海峰改编美国科学家理查德-海克和日本科学家根岸英一、铃木彰因在研发“有机合成中 的钯催化的交叉偶联”而获得2010年度诺贝尔化学奖。有机合成常用的钯/活性炭催化剂长期 使用，催化剂会被杂质（如：铁、有机物等）污染而失去活性，成为废催化剂，需对其再生 回收。一种由废催化剂制取氯化钯的工艺流程如下：废催化剂甲酸空气焙烧1除PdOPd-酸溶水 浓氨水 盐酸除杂滤液过滤弃液700 C 10h 加热至沸30m inpH 8 9 y废渣Pd(N H3)2Cl2沉淀氯化钯烘干漂洗550 C（1）废钯催化剂经烘干后，再在700C的高温下焙烧，焙烧过程中需通入足量空气的原因是,；甲酸还原氧化钯的化学方程式为（2）钯精渣中钯的回收率高低主要取决于王水溶解的操作条件，已知反应温度、反应时间和王水用量对钯回收率的影响如图1图3所