九、 化学工业、化学环境、化学治理
1. X的蒸汽密度是同温下空气密度的5.9倍，所以X的分子量为171.1。由于X与水激烈反应，这种性质只属于Na，K等碱金属、活泼非金属F2与TiCl4，SiCl4等极易水解化合物，由于X是化合物，所以X只能从易水解的化合物中选择。 M SiCl 4 = 28.09 + 35.45 × 4 ＝ 169.89～171.1，故
(1) X的化学式为SiCl4
SiCl4 + (n+2) H2O SiO2nH2O?+ 4HCl (2) Y的化学式为SiO2，因为
(3) Z的化学式为Si(NH2)4： 4 + 4NH3 Si(NH2)4 + 4HClSiCl(4) G的化学式为Si3N4： 3Si(NH2)4 Si3N4 + 8NH3(5) 耐磨材料，耐高温材料。因为Si3N4是原子晶体，且Si—N的键能
高，键长短，故晶体的熔点高，硬度大。 2. (1)
[1] 中： MnO2 + ZnS + 2H2SO4 S?+ MnSO4 + ZnSO4 + 2H2O MnO + CuS + 2HSO S?+ MnSO + CuSO + 2HO224442
3MnO2 + 2FeS + 6H2SO4 2S?+ 3MnSO4 + Fe2(SO4)3 + 6H2O
MnO2 + CdS + 2H2SO4 S?+ CdSO4 + MnSO4 + 2H2O Al2O3+ 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2O（从题目的“硫磺回收”信息中指导方程式书写） [2] 中：Zn + CuSO 4 ZnSO 4 + Cu, Zn + CdSO4 ZnSO4 +Cd（从题目的“海绵状铜、镉回收”说明[1]中CuS、CdS在氧化剂MnO2的作用下形成Cu2+、Cd2+和S沉淀。为什么必须用Zn作还原剂？由于最后的电解产物是Zn，若加入其他金属作还原剂，会在反应体系引入杂质。）
[3] 中：为了使Fe2+全部转化成Fe3+，加热彻底水解，所以必须加入氧
化剂，最佳选择当然是MnO2。
MnO2 + 2FeSO4 + 2H2SO4 MnSO4 + Fe2(SO4)3 + 2H2OFe2+来源： 3Zn + Fe 2(SO4)3 3ZnSO4 + 2Fe, Fe + Fe2(SO4)3 3FeSO4为了促进Fe3+，Al3+离子水解，加入易水解的阴离子，实现双水解，所以加入的C物质为MnCO3，ZnCO3。 3MnCO 3 + Al2(SO4)3 + 3H2O 3MnSO4 + 2Al(OH)3 + 3CO2? 3ZnCO3 + Al2(SO4)3 + 3H2O 3ZnSO4 + 2Al(OH)3 + 3CO2?3MnCO3 + Fe2(SO4)3 + 3H2O 3MnSO4 + 2Fe(OH)3 + 3CO2?
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Na2CO3 + MnSO4 MnCO3? + Na2SO4(2) A: MnSO4、ZnSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3、CuSO4、CdSO（4aq）
3ZnCO3 + Fe2(SO4)3 + 3H2O 3ZnSO4 + 2Fe(OH)3 + 3CO2?
[4] 中：MnSO 4 + ZnSO 2 O MnO 电解 2 + 2H 4 + Zn 4 + 2H2SO[5] 中 Na2CO3 + ZnSO4 ZnCO3? + Na2SO4 或 2NaCO + 2ZnSO + HO Zn(OH)CO? + NaSO?CO?2342223242
B: MnSO4和ZnSO4的混合溶液C: MnCO3和ZnCO3的混合物D: Zn粉 E: MnO2F: H2SO4、MnSO4、ZnSO4溶液 G: Na2SO4溶液(3)从环保角度来看：无SO2对大气的污染，无高温焙烧引起的热污染； 从能耗角度来看：不用高温，可以大大节约燃料。
在新工艺中，电解过程中阴、阳两极均为目标产物生成，较传统工艺电解利用率高。
3. (1) 加入稀盐酸（适量）可以溶解一定量的Cr2O3，形成Cr3+(aq)而使
Cr2O3沉淀成为胶核，该胶核吸附与其结构相似的Cr3+离子而成为带正电荷的胶团，制备成稳定的Cr2O3·xH2O的水溶胶。盐酸加多了，Cr3+(aq)过剩，Cr2O3·xH2O水溶胶减少；盐酸加少了，Cr3+(aq)不足，以致Cr3+不足以把Cr2O3胶核表面包裹住，Cr2O3溶胶不稳定，易聚沉。仍然有许多Cr2O3沉淀存在，也减少了Cr2O3水溶胶的产量。
(2) 由于Cr2O3水溶胶表面吸附了Cr3+离子，胶粒带正电荷，由于同性电荷互相排斥而使Cr2O3水溶胶稳定存在。 (3) Cr2O3·xH2O/Cr3+/ —憎水基团
(4) 从（3）中可知，带电“胶粒”被DBS包覆后带上了憎水基团，可以把三氧化二铬水溶胶带入有机相中而萃取出来。萃取的目的是消除水相中无机离子的杂质，纯化三氧化二铬水溶胶。
(5) DBS直接排入水体中，在降解过程中会消耗水中的氧气，使水质变坏，DBS是表面活性剂，它易于形成泡沫，覆盖于水面，使水中的溶解氧减少，危及水中生物的生存等。DBS降解的最终产物是CO2和Na2SO4。
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4. (1) 清洗铁渣对提高钯回收率十分必要。这是因为生成的Fe(OH)3沉淀
是一种凝聚剂，其絮状沉淀对[Pd(NH3)4]2+有吸附作用，故在一定温度下用氨水除铁。
(2) Pd + HNO 3 + 3HCl PdCl2 + NOCl + 2H2O 2Fe + 3HNO + 9HCl 2FeCl + 3NOCl + 6HO332(3) 在70～75 ℃，利于Fe(OH)3聚沉，pH ＝ 8.5～9，保持NH3在溶液中
不挥发，氨水必须过量，使铁、钯更好地分离。 用SCN–离子鉴别。若溶液呈无色，则无Fe3+离子。
(4) 在550 ℃条件下，使[Pd(NH3)4]Cl2脱氨分解成粉末状PdCl2。 5. OO+NaOH+ H2OHCHC(1)
OHONa
O+ 2SO2 +NaOH Na2S2O4 + CO + H2O HCONa
甲醇的作用是1.作还原剂，2.把SO2还原成S2O42–，作溶剂，降低保险粉在水中的溶解度， 因为水中加入甲醇会降低水溶剂的极性，而保险粉是离子性很强的盐类，故可以从溶剂中析出，从而起到从反应体系中很方便分离的目的。 (2)
（a）
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还原产物不应改变染料的基本碳架，否则难以回复原结构。还原产物应是水溶性的，因此还原反应是把原结构的羰基还原成羟基，并因反应在碱性溶液中进行而呈阴离子，故有水溶性。 （b）染料是电中性的有机分子，难溶于水，而还原产物是钠盐，易溶于水。还原产物分子容易通过水分子的运动均匀地分布到织物纤维表面，排开织物表面的水分子，并通过氢键和范德华力，与棉纤维分子结合（纤维中本来就存在大量氢键），同时高极性的亲水基团C—O–，则朝向水相，而不溶的染料原形分子不能均匀地分散到织物表面。
（c）还原产物可溶于水，若不回复到难溶的染料原形，织物经水洗涤就容易褪色； 更重要的是还原产物从结构上看已无原染料的共轭结构，是无色或接近无色的，而染料原形的结构里有很大的共轭结构，呈蓝色，所以最后必须把反应产物回复到染料原来的形态。
织物经漂洗后在（弱）酸性溶液中用氧化剂即可把染料回复到原来的结构。
(3) 2CrO42- + 3S2O42- + 4H2O 2Cr(OH)3? + 4SO32- + 2HSO3-(4) _BH 4- + 8HSO3- + 5H+ 4HS2O4- + H3BO3 + 5H2O 或
BH4- + 3HSO3- + 5H2S2O3 4HS2O4- + H3BO3 + 5H2O 或 BH4- + 8HSO3- + H+ 4S2O42- + H3BO3 + 5H2O 或 BH4- + 7HSO3- + H2SO3 4S2O42- + H3BO3 + 5H2O(5) 可以用CO、H2或Na（Na汞齐）等还原剂。
6. (1) 2KAlSi 3 O 8 2 CO 3 + 9H 2 O + 2H 2K+ + 2HCO3- + Al2Si2O5(OH)4 + 4H4SiO4 2KMg 3 AlSi 3 O 10 2 + 14H 2 CO 3 + H 2O (OH) 2K+ + 6Mg2+ + 14HCO3- + Al2Si2O5(OH)4 + 4H4SiO4 4Na 0.5 Ca Al 1.5 S i 2.5 O 8 + 6H 2CO 3 + 11H 2O 0.5+2+ 2Na + 2Ca + 6HCO3- + 3Al2Si2O5(OH)4 + 4H4SiO4
(2) H2CO3的酸性强于H4SiO4，较强的酸可以把弱酸从其盐中置换出来； (3) Al是取代聚硅酸结构中某些硅原子以Al―O―Si键结合在聚硅酸盐
结构中的，所以Al不会象Na、K、Mg那样溶出。
―4―3―4―3
(4) [Na+]=1.52×10 mol·dm； [Ca2+]=0.60×10 mol·dm；
―4―3―4―3
[Mg2+]=0.45×10 mol·dm； [K+]=0.35×10 mol·dm；
――4―3――4―3
[HCO3]=3.05×10 mol·dm；[SO42]=0.26×10 mol·dm； ――4―3―4―3[Cl]=0.40×10 mol·dm； [H4SiO4]=1.90×10 mol·dm；
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7. (1) 硫酸煮沸： FeTiO 3 + 2H 2SO 4 TiOSO 4 + FeSO4 + 2H2O加水分解（水解）：TiOSO4 + （n+1）H2 O TiO2nH2O + H2SO4 煅烧： TiO2nH2O TiO2?nH2O (2) 废液呈强酸性，会使排入废水中的水体的pH明显降低；废液中的
Fe2+易被水中氧气氧化成Fe3+，大大降低水中的溶存氧；废液中肯定存在溶于硫酸的重金属离子，它们对水中生物有毒性。
(3) 可以加入廉价的CaCO3来中和废液中的硫酸，还可以使重离子形成
难溶的碳酸盐沉淀而除去。
(4) TiO2 +2Cl2 + C TiCl4 + CO2或TiO2+2Cl2+2C=TiCl4
TiCl4 + O2 TiO2 + 2Cl2 硫 酸法 氯化法 a. c. e. 工艺简单，技术要求较低 只能间歇生产 废硫酸难以再循环使用，因为废硫酸中含杂质越来越多，纯化成本太大 工艺复杂，设备、技术要求高 使用高品位的TiO2（金红石） 能够连续生产 只有少量废料，无废液 氯气可以循环使用 b. 使用低品位的FeTiO3（钛铁矿） d. 排出大量废液、废料 8．工业上生产NaOH，是通过电解NaCl(aq)实现的。
在电解池中阳极：2Cl– – 2e ? Cl2 ，阴极：2H+ + 2e ? H2。
对于特点①的NaOH中，NaCl少：因为阳离子交换膜只允许阳离子通过，而Cl–和OH–都不能通过，这样阳极区的Na+可迁移到阴极区，Cl–不能迁移到阴极区，所以阴极区中NaCl就极少，产品纯度就大大提高，当然Cl2更不能通过阳离子交换膜，所以NaOH产品中NaClO3更少。因为不能发生6OH (热) + 3Cl2 ClO3– + 5Cl– + 3H2O的歧化反应。
对于特点②中，得高浓度的烧碱液反而降低用于蒸发浓缩的能耗：因为在阳离子交换膜法的阴极室中，NaOH (aq)的浓度随着电解的进行而增大，副反应几乎没有，只是随着NaOH (aq)浓度的增大，[H+]减小，在必要时可取出产品溶液，再加入水取代之，因而可得较高浓度的产品，降低浓缩所需的能耗。
对于特点③中，要求高纯度的NaCl电解液（即杂质阳离子浓度小于0.1 ppm）：由于Ca2+、Mg2+离子都可以通过阳离子交换膜到达阴极区，它们与阴极区OH–离子形成Ca(OH)2和Mg(OH)2沉淀而堵塞了阳离子交换膜，影响膜性能的发挥，必须清洗交换膜，导致生产中断而不能连续生产。
对于隔膜法：由于阳、阴离子都可以通过隔膜，只是Cl2不能通过隔
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无机化学习题-九化学工业化学环境化学治理
