新教材2023版高中化學課時作業(yè)24揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法魯科版選擇性必修1

課時作業(yè)24揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法[基礎過關練]1．某小組設計如圖所示裝置(夾持裝置略去)，在實驗室模擬侯氏制堿工藝中NaHCO3的制備，下列說法不正確的是()A.③、⑤中可分別盛放飽和食鹽水和濃氨水B.應先向③中通入足量NH3，再通入足量CO2C.③中反應的離子方程式為NH3＋CO2＋H2O=NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))D.裝置①也可用于制H22．下表是幾種物質(zhì)在指定溫度下的溶解度。工業(yè)上將相同物質(zhì)的量的NaCl、CO2、NH3在30℃時配成溶液，此時溶液中無晶體析出。當降溫至某溫度時，開始析出晶體，此晶體是()溫度/℃溶解度/g鹽0102030NH4Cl29.433.337.241.1NH4HCO311.915.921.027.0NaHCO36.98.159.611.1NaCl35.735.836.036.4A.NH4Cl B．NH4HCO3C．NaHCO3 D．NaCl3．聯(lián)合制堿法中關鍵的一步是把NH4Cl從幾乎飽和的NaHCO3溶液中分離出來，為此根據(jù)NaCl和NH4Cl溶解度的差異，向混合溶液中通入某種氣體，同時加入磨細的食鹽，可析出不夾帶NaHCO3的NH4Cl。NaCl和NH4Cl共同存在時的溶解度曲線如圖所示，以下操作正確的是()選項通入氣體溫度控制ACO230～40℃BCO20～10℃CNH330～40℃DNH30～10℃4.以菱鎂礦(主要成分為MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)為原料制備高純鎂砂的工藝流程如下：已知浸出時產(chǎn)生的廢渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列說法錯誤的是()A．浸出鎂的反應為MgO＋2NH4Cl=MgCl2＋2NH3↑＋H2OB.浸出和沉鎂的操作均應在較高溫度下進行C．流程中可循環(huán)使用的物質(zhì)有NH3、NH4ClD．分離Mg2＋與Al3＋、Fe3＋是利用了它們氫氧化物Ksp的不同5．侯氏制堿法原理：將NH3和CO2氣體通入飽和食鹽水中即可獲得NaHCO3和NH4Cl的混合物，然后分離出NaHCO3再加熱制得純堿。其流程如下：參照下表：物質(zhì)CO2NH3NaHCO3NH4ClNaCl溶解度(20℃)V水∶V二氧化碳＝1∶1V水∶V氨氣＝1∶7009.6g37.2gag回答下列問題：(1)氣體A、B依次是________。A．CO2、NH3B．NH3、CO2C．任何順序都可以(2)寫出Ⅰ和Ⅱ步驟總反應的化學方程式：__________________________________________________________________________________________________。由反應原理可知，a________9.6(填“<”“>”或“＝”)。(3)操作Ⅲ的名稱是________，化學實驗室進行該操作用到的主要玻璃儀器有________________。(4)經(jīng)步驟Ⅲ所得溶液中含有的鹽為________(寫化學式)。經(jīng)過________(填操作名稱)后可以得到化肥。(5)每當通入NH344.8L(標準狀況下)時可以得到純堿100.0g，則NH3的利用率為________。[能力提升練]6．某同學利用Cl2氧化K2MnO4制備KMnO4的裝置如下圖所示(夾持裝置略)：已知：錳酸鉀(K2MnO4)在濃強堿溶液中可穩(wěn)定存在，堿性減弱時易發(fā)生反應：3MnOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H2O=2MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋MnO2↓＋4OH－回答下列問題：(1)裝置A中a的作用是________________；裝置C中的試劑為________；裝置A中制備Cl2的化學方程式為________________________________。(2)上述裝置存在一處缺陷，會導致KMnO4產(chǎn)率降低，改進的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)KMnO4常作氧化還原滴定的氧化劑，滴定時應將KMnO4溶液加入________(填“酸式”或“堿式”)滴定管中；在規(guī)格為50.00mL的滴定管中，若KMnO4溶液起始讀數(shù)為15.00mL，此時滴定管中KMnO4溶液的實際體積為________(填標號)。A．15.00mL B．35.00mLC．大于35.00mL D．小于15.00mL(4)某FeC2O4·2H2O樣品中可能含有的雜質(zhì)為Fe2(C2O4)3、H2C2O4·2H2O，采用KMnO4滴定法測定該樣品的組成，實驗步驟如下：Ⅰ.稱取mg樣品于錐形瓶中，加入稀H2SO4溶解，水浴加熱至75℃。用cmol·L－1的KMnO4溶液趁熱滴定至溶液出現(xiàn)粉紅色且30s內(nèi)不褪色，消耗KMnO4溶液V1mL。Ⅱ.向上述溶液中加入適量還原劑將Fe3＋完全還原為Fe2＋，加入稀H2SO4酸化后，在75℃繼續(xù)用KMnO4溶液滴定至溶液出現(xiàn)粉紅色且30s內(nèi)不褪色，又消耗KMnO4溶液V2mL。樣品中所含H2C2O4·2H2O(M＝126g·mol－1)的質(zhì)量分數(shù)表達式為________________。下列關于樣品組成分析的說法，正確的是________(填標號)。A．eq\f(V1,V2)＝3時，樣品中一定不含雜質(zhì)B．eq\f(V1,V2)越大，樣品中H2C2O4·2H2O含量一定越高C．若步驟Ⅰ中滴入KMnO4溶液不足，則測得樣品中Fe元素含量偏低D．若所用KMnO4溶液實際濃度偏低，則測得樣品中Fe元素含量偏高7．用軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制備高純MnCO3的工藝流程如下：已知：MnO2是一種兩性氧化物；25℃時相關物質(zhì)的Ksp見下表。物質(zhì)Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Ksp1×10－16.31×10－38.61×10－32.31×10－12.7回答下列問題：(1)軟錳礦預先粉碎的目的是________________________________，MnO2與BaS溶液反應轉化為MnO的化學方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________。(2)保持BaS投料量不變，隨MnO2與BaS投料比增大，S的量達到最大值后無明顯變化，而Ba(OH)2的量達到最大值后會減小，減小的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)濾液Ⅰ可循環(huán)使用，應當將其導入到________操作中(填操作單元的名稱)。(4)凈化時需先加入的試劑X為________(填化學式)，再使用氨水調(diào)溶液的pH，則pH的理論最小值為________(當溶液中某離子濃度c≤1.0×10－5mol·L－1時，可認為該離子沉淀完全)。(5)碳化過程中發(fā)生反應的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。8．工業(yè)上，處理低品位黃銅礦[二硫化亞鐵銅(CuFeS2)含量較低]常采用生物堆浸法。堆浸所得的溶液可用于制備綠礬(FeSO4·7H2O)和膽礬(CuSO4·5H2O)，相關流程如圖。已知：①生物堆浸使用的氧化亞鐵硫桿菌(T.f細菌)在pH為1.0～6.0的范圍內(nèi)可保持活性。②該工藝條件下，金屬離子沉淀的pH如下表。Fe3＋Cu2＋Fe2＋開始沉淀時的pH1.54.26.3完全沉淀時的pH2.86.78.3(1)生物堆浸前，需先將礦石進行研磨，目的是________________________________________________________________________。(2)生物堆浸過程的反應在T.f細菌的作用下進行，主要包括兩個階段，第一階段的反應為CuFeS2＋4H＋＋O2eq\o(=,\s\up7(T.f細菌))Cu2＋＋Fe2＋＋2S＋2H2O，第二階段的反應為Fe2＋繼續(xù)被氧化轉變成Fe3＋，反應的離子方程式為___________________________________________________________________________________________________________________________。(3)結合已知推斷：生物堆浸過程中，應控制溶液的pH在________的范圍內(nèi)。(4)過程Ⅰ中，加入Na2S2O3固體會還原堆浸液中的Fe3＋，得到溶液X。為判斷堆浸液中Fe3＋是否被還原完全，可取少量溶液X，向其中加入________試劑(填試劑的化學式)，觀察溶液顏色變化。(5)過程Ⅱ中，用H2O2和稀硫酸處理后，CuS完全溶解，用離子方程式表示H2O2的作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)綠礬的純度可通過KMnO4滴定法測定。取mg綠礬晶體，加適量稀硫酸溶解。用物質(zhì)的量濃度為cmol·L－1的KMnO4溶液滴定。至恰好完全反應時，消耗KMnO4溶液的體積為VmL。綠礬晶體的質(zhì)量分數(shù)為____________(已知：FeSO4·7H2O的摩爾質(zhì)量為278g·mol－1)。課時作業(yè)24揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法1．解析：裝置①用來制備二氧化碳氣體，通過飽和碳酸氫鈉溶液除去氯化氫氣體，裝置④用來制備氨氣，裝置③中盛有飽和氯化鈉溶液，向其中依次通入氨氣、二氧化碳，發(fā)生反應得到碳酸氫鈉晶體。③中盛裝飽和食鹽水，用來制備碳酸氫鈉，⑤中盛裝濃氨水，濃氨水滴入堿石灰，生成氨氣，故A正確；由于二氧化碳的溶解度較小，先通入氨氣后再通入二氧化碳，故B正確；裝置③中反應為氨氣、二氧化碳、氯化鈉和水反應生成碳酸氫鈉晶體和氯化銨，碳酸氫鈉晶體不能拆成離子的形式，故C不正確；可以利用裝置①制備氫氣，故D正確。答案：C2．解析：根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，相同溫度下，NaHCO3的溶解度最小，故首先析出的物質(zhì)應是NaHCO3。答案：C3．解析：由圖可知，溶液的溫度在0～10℃的范圍內(nèi)，有利于NH4Cl的析出。向溶液中通入NH3，NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))濃度增大，有利于NH4Cl的析出。答案：D4．解析：A項，通過煅燒操作，MgCO3轉化為MgO，NH4Cl溶液顯酸性，能與MgO發(fā)生反應，正確；B項，適當升高溫度，可以加快反應速率，提高浸出率，但沉鎂時加入的一水合氨受熱易分解，故浸出時可以適當升高溫度，沉鎂時溫度不宜過高，錯誤；C項，結合題給流程圖，浸出時有氨氣產(chǎn)生，沉鎂時發(fā)生的反應為MgCl2＋2NH3·H2O=Mg（OH）2↓＋2NH4Cl，故可循環(huán)使用的物質(zhì)有NH3、NH4Cl，正確；D項，結合題給已知信息浸出時產(chǎn)生的廢渣中有SiO2、Fe（OH）3、Al（OH）3可知，F(xiàn)e3＋、Al3＋在弱酸性環(huán)境中完全沉淀，而Mg2＋沒有產(chǎn)生沉淀，利用了它們氫氧化物Ksp的不同，正確。答案：B5．解析：（1）氨氣在水溶液中溶解度大，故侯氏制堿法中先向飽和食鹽水中通入NH3，后通入CO2。（2）由侯氏制堿法原理可知，同溫下NaCl的溶解度大于NaHCO3的溶解度，a>9.6。（5）由反應轉化關系：NH3～NaCl～eq\f(1,2)Na2CO3，當?shù)玫?00.0g純堿時，消耗NH3的物質(zhì)的量為eq\f(100.0g,106g·mol－1)×2≈1.887mol，則NH3的利用率為eq\f(1.887mol×22.4L·mol－1,44.8L)×100%＝94.35%。答案：（1）B（2）NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl>（3）過濾燒杯、漏斗、玻璃棒（4）NaHCO3、NH4Cl結晶（5）94.35%6．解析：（1）裝置A中a為恒壓滴液漏斗，可平衡氣壓，使?jié)恹}酸順利滴下；裝置C為尾氣處理裝置，用于吸收未反應的Cl2；漂白粉中含有Ca（ClO）2，與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應，生成CaCl2、Cl2和H2O。（2）裝置A生成的Cl2中會混有HCl氣體，通入裝置B中可使?jié)鈴妷A溶液堿性減弱，導致部分MnOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))轉化為MnO2，使KMnO4產(chǎn)率降低，改進的方法是在裝置A、B之間加裝盛有飽和食鹽水的洗氣瓶，以除去Cl2中的HCl氣體。（3）氧化性試劑應盛放在酸式滴定管中；50.00mL滴定管的最大刻度線下方還盛有溶液，若KMnO4溶液起始讀數(shù)為15.00mL，此時滴定管中KMnO4溶液的實際體積大于35.00mL。（4）若樣品中含有FeC2O4·2H2O、Fe2（C2O4）3、H2C2O4·2H2O三種物質(zhì)，可設該三種物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol、zmol，依據(jù)得失電子守恒，可得3x＋6y＋2z＝cV1×10－3×5；依據(jù)鐵原子守恒和得失電子守恒，可得x＋2y＝cV2×10－3×5，兩式聯(lián)立，解得z＝eq\f(（V1－3V2）×5c×10－3,2)，H2C2O4·2H2O的質(zhì)量為eq\f(（V1－3V2）×5c×10－3×126,2)g＝0.315c（V1－3V2）g，則樣品中所含H2C2O4·2H2O的質(zhì)量分數(shù)表達式為eq\f(0.315c（V1－3V2）,m)×100%。eq\f(V1,V2)＝3時，H2C2O4·2H2O的質(zhì)量分數(shù)為0，但可能含有雜質(zhì)Fe2（C2O4）3，A不正確；eq\f(V1,V2)越大，eq\f(0.315c（V1－3V2）,m)×100%的值越大，樣品中H2C2O4·2H2O含量越高，B正確；若步驟Ⅰ中滴入KMnO4溶液不足，會導致步驟Ⅱ中KMnO4溶液消耗體積偏大，則測得樣品中Fe元素含量偏高，C不正確；若所用KMnO4溶液實際濃度偏低，會導致步驟Ⅱ中消耗KMnO4溶液體積偏大，則測得樣品中Fe元素含量偏高，D正確。答案：（1）平衡氣壓，使?jié)恹}酸順利滴下NaOH溶液Ca（ClO）2＋4HCl=CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O（2）在裝置A、B之間加裝盛有飽和食鹽水的洗氣瓶（3）酸式C（4）eq\f(0.315c（V1－3V2）,m)×100%BD7．解析：（1）預先粉碎軟錳礦，可以增大接觸面積，充分反應，從而提高反應速率和原料的利用率。從題給流程圖中可以看出，MnO2和BaS溶液反應除生成MnO外，還生成S和Ba（OH）2，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒可得反應的化學方程式為MnO2＋BaS＋H2O=MnO＋Ba（OH）2＋S。（2）由題給信息可知MnO2是一種兩性氧化物，故可與Ba（OH）2反應，Ba（OH）2的量會減少。（3）蒸發(fā)結晶析出Ba（OH）2，過濾后，濾液Ⅰ是飽和的Ba（OH）2溶液，其中含有Ba（OH）2，為循環(huán)使用，可將其導入到蒸發(fā)操作中。（4）為除盡Fe2＋，可加入H2O2將其氧化為Fe3＋。由題表中相關物質(zhì)的Ksp可知，F(xiàn)e3＋完全沉淀需要的pH比Al3＋完全沉淀所需pH小，溶液pH只需達到Al3＋完全沉淀所需pH即可；設Al3＋恰好完全沉淀時溶液中OH－濃度為xmol·L－1，則1.0×10－5×x3＝1×10－32.3，x＝10－9.1，pOH＝9.1，pH＝14－9.1＝4.9。（5）碳化過程中生成MnCO3的反應為Mn2＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=MnCO3↓＋H＋，生成的H＋再和所加氨水反應生成NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))，故反應的離子方程式為Mn2＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋NH3·H2O=MnCO3↓＋NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋H2O。答案：（1）增大接觸面積，充分反應，提高反應速率MnO2＋BaS＋H2O=Ba（OH）2＋MnO＋S（2）過量的MnO2消耗了產(chǎn)生的Ba（OH）2（3）蒸發(fā)（4）H2O24.9（5）Mn2＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))