最佳条件选择专练 高考化学.docx
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最佳条件选择专练高考化学
最佳条件选择专练
1.CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。
回答下列问题:
(1)CO2与CH4经催化重整,制得合成气:
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)
①按一定体积比加入CH4和CO2,在恒压下发生反应,温度对CO和H2产率的影响如图3所示。
此反应优选温度为900℃的原因是________。
【答案】900℃时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低
【解析】
①根据图3得到,900℃时反应产率已经比较高,温度再升高,反应产率的增大并不明显,而生产中的能耗和成本明显增大,经济效益会下降,所以选择900℃为反应最佳温度。
2.一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下:
已知:
①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Al3+、Mn2+、Ca2+、Mg2+等
②部分阳离子开始沉淀和完全沉淀的pH见下表
③CoCl2·6H2O熔点86℃,易溶于水、乙醚等;常温下稳定,加热至110~120℃时失去结晶水变成无水氯化钴。
(1)加萃取剂的目的是___________;金属离子在萃取剂中的萃取率与pH的关系如图,据此分析pH的最佳范图为___________(填字母序号)。
A.2.0~2.5B.3.0~3.5C.4.0~4.5D.5.0~5.5
【答案】除去溶液中的Mn2+B
【解析】
(1)根据流程图可知,存在Mn2+、Co2+金属离子的溶液中,加入萃取剂的目的是除去溶液中的Mn2+;由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知,调节溶液PH在3.0~3.5之间,故选B。
3.镍钴锰酸锂电池是一种高功率动力电池。
采用废旧锂离子电池回收工艺制备镍钴锰酸锂三元正极材料(LiNi1-x-y)CoxMnyO2)的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)溶液温度和浸渍时间对钻的浸出率影响如图所示:
则浸出过程的最佳条件是__________。
【答案】75℃、30min
【解析】
(1)由图可知,在75℃、30min条件下钴的浸出率最高。
4.工业上以软锰矿(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰(MnCO3)。
其工业流程如下:
(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成,温度对“浸锰”反应的影响如右图所示,为减少MnS2O6的生成,“浸锰”的适宜温度是_______。
(2)向过滤Ⅱ所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度控制在30-35℃,温度不宜太高的原因是_______。
【答案】90℃防止NH4HCO3受热分解,提高原料的利用率
【解析】
(1)分析图象可知温度在90℃以后MnS2O6的生成率较低,锰的浸出率较高,且温度较低节约能源,故浸锰的适宜温度为90℃;
(2)铵盐受热分解,向过滤所得的滤液中加入碳酸氢铵溶液,温度控制在30-35℃的原因是防止NH4HCO3受热分解,提高原料的利用率。
5.磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一,作为信息产业和机电工业的重要基础功能材料,磁性材料广泛用于电子信息、军事技术等领域。
碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体,工业上以软锰矿(主要成分为MnO2)和黄铁矿(主要成分为FeS2)为主要原料制备碳酸锰的主要工艺流程如下:
已知:
几种金属离子沉淀的pH如下表。
Fe2+
Fe3+
Cu2+
Mn2+
开始沉淀的pH
7.5
3.2
5.2
8.8
完全沉淀的pH
9.2
3.7
7.8
10.4
回答下列问题:
(1)下图为黄铁矿的质量分数对锰浸出率的影响,仅据图中信息,黄铁矿的质量分数应保持在________%左右。
【答案】40
【解析】
(1)由图可读出,黄铁矿的质量分数应保持在40%左右.
6.氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下
已知:
①菱锰矿的主要成分是MnCO3,还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。
②相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol/L形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
③常温下,CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10-10、7.42×10-11。
回答下列问题:
(1)分析下列图1、图2、图3,氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:
焙烧温度为_________、氯化铵与锰矿粉的质量之比为_________、焙烧时间为_________。
【答案】500℃1.1060min
【解析】
(1)氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:
焙烧温度为500℃、氯化铵与锰矿粉的质量之比为1.10、焙烧时间为60min。
7.某含锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等。
已知FeCO3、MnCO3难溶于水。
一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰,主要流程如下:
(1)保持其他条件不变,在不同温度下对含锰矿物进行酸浸,锰浸出率随时间变化如图。
酸浸的最佳温度与时间分别为________℃、______min。
【答案】70℃120min
【解析】
(1)根据锰浸出率随时间变化图表信息可知,温度低,锰浸出率低,温度为90℃时,锰浸出率与70℃相差无几,锰浸出率最佳条件:
时间在120min,温度为70℃,锰浸出率最好;综上所述,本题答案是:
70℃,120min。
8.粉煤灰(主要含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等)是燃煤发电过程中产生的废渣,粉煤灰的综合利用具有很大的价值。
Ⅰ.研究人员通过实验对粉煤灰中铝和铁元素的分离工艺进行了研究。
(1)使用碱性较弱的氨水为pH调节剂,进行分离实验。
①氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为_____。
②反应终点的pH对铝和铁分离效果的影响如下图。
根据实验结果,为达到好的分离效果,反应过程中控制pH的范围是______________,选择该范围的理由是___________________。
【答案】3NH3·H2O+Al3+
Al(OH)3↓+3NH4+略小于5铝元素沉淀较多,铁元素还没有开始大量的沉淀
【解析】
(1)①一水合氨是弱碱,与铝离子反应生成氢氧化铝沉淀,反应的离子方程式为:
3NH3·H2O+Al3+
Al(OH)3↓+3NH4+;综上所述,本题答案是:
3NH3·H2O+Al3+
Al(OH)3↓+3NH4+。
②由图可知:
pH略小于5时,Al的沉淀率较高(接近90%),而Fe的沉淀率较低(小于10%),当pH大于5时,Fe的沉淀率突然增大,且Al的沉淀率无明显变化,所以反应过程中控制pH略小于5;综上所述,本题答案是:
略小于5,铝元素沉淀较多,铁元素还没有开始大量的沉淀。
9.钛(22Ti)由于其特殊的性能被誉为“未来世纪的金属”。
钛铁矿主要成分为FeTiO3(含有少量MgO、SiO2等杂质),Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿来制备,工艺流程如下:
(1)过程①中,铁的浸出率结果如图所示。
由图可知,当铁的浸出率为80%时,所采用的实验条件是_________。
(2)过程②中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成(NH4)2Ti5O15溶液时,Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示,反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是___________。
【答案】100℃3小时温度过高,双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降
【解析】
(1)由图中三条曲线可得,当铁的浸出率为80%时,应为100℃、约浸取3小时。
(2)由于二氧化钛与氨水、双氧水反应生成(NH4)2Ti5O15时,温度过高,双氧水和氨水都容易分解(双氧水分解与氨气逸出),所以反应温度过高时,Ti元素浸出率下降。
10.钴被誉为战略物资,有出色的性能和广泛的应用。
以水钴矿(主要成分为Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等)为原料制备CoCl2·6H2O的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
Ⅰ.“酸浸”
(1)钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如下图所示。
综合考虑成本,应选择的最佳工艺条件为_________、_________;滤渣①的主要成分为__________。
【答案】12h90℃SiO2(二氧化硅)
【解析】
(1)根据钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系,推出在12h、90℃时钴的浸出率最高;根据水钴矿的成分,SiO2是酸性氧化物,不与酸反应,即滤渣①的主要成分是SiO2。
11.一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料制取醋酸镍的工艺流程图如下:
(1)保持其他条件不变,在不同温度下对含镍废料进行酸浸,镍浸出率随时间变化如图。
酸浸的最佳温度与时间为_______________。
【答案】70 ℃和120 min
【解析】
根据以上分析,
(1)由图象可知,为70℃、120min时,酸浸出率最高,
故答案为:
70℃和120min。
12.以黄铁矿为原料制备硫酸会产生大量的废渣,合理利用废渣可以减少环境污染,变废为宝。
工业上,可利用废渣(含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量CaO和MgO)制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4,具体生产流程如下。
已知:
铵黄铁矾的化学式为(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12。
(1)根据下图有关数据,你认为工业上氧化操作时应控制的最佳温度和pH是:
______。
【答案】80℃,pH=1.5
【解析】
(4)分析图象可知在80℃时溶液PH=1.5,此时亚铁离子的氧化率在90%以上,时间在4h左右。
13.铜的电解实现了铜与杂质的分离,也造成了一部分资重金属进入阳极泥中,通过对阳极泥的综合处理可以回收可观的宝贵金属。
稀散元素硒和碲广泛用于治金工业、电子工业、国防工业、医学和农业等领域,需求量越来越大。
电解精炼铜的阳极泥主要成分为Cu2Se、Cu2Te和少量金属单质Au等,工业上从其中同收碲、硒的一种工艺流程如图:
已知:
TeO2是两性氧化物,Se和TeO2的物理性质如下表:
物理性质
熔点
沸点
水溶性
Se
221℃
685℃
难溶于水
TeO2
733℃
1260℃
微溶于水
(1)“沉碲”时控制溶液的pH为4.5-5.0,生成TeO2沉淀。
如果H2SO4过量,溶液酸度过大,将导致“沉碲”不完全,原因是______________。
(2)过滤所得粗硒中含有Ni、Fe、Cu等杂质,可采用真空蒸馏的方法进行提纯,获得纯硒。
真空蒸馏的挥发物中硒含量与温度的关系如图所示。
蒸馏操作中控制的最佳温度是_____(填序号)
a.455℃b.462℃c.475℃d.515℃
【答案】TeO2是两性氧化物,H2SO4过量会导致TeO2继续与H2SO4反应导致损失c
【解析】
(4)TeO2与盐酸反应生成TeCl4,之后被SO2还原成Te,SO2的氧化产物为H2SO4,反应方程式为:
TeCl4+2SO2+4H2O=Te+4HCl+2H2SO4。
(1)TeO2是两性氧化物,因此H2SO4过量会导致TeO2继续与H2SO4反应导致损失。
(2)从硒含量与温度的关系图知,蒸馏操作中控制的最佳温度是475℃,故选c。
14.工业上用含三价钒(V2O3)为主的某石煤为原料(含有Al2O3、CaO等杂质),钙化法焙烧制备V2O5,其流程如下:
(资料):
+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系:
pH
4~6
6~8
8~10
10~12
主要离子
VO2+
VO3−
V2O74−
VO43−
(1)酸浸:
①酸度对钒和铝的溶解量的影响如下图所示:
酸浸时溶液的酸度控制在大约3.2%,根据下图推测,酸浸时不选择更高酸度的原因是________________________________________。
(2)转沉:
将浸出液中的钒转化为NH4VO3固体,其流程如下:
①向(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液,控制溶液的pH=7.5。
当pH>8时,NH4VO3的产量明显降低,原因是_________________________________________。
【答案】酸度大于3.2%时,钒的溶解量增大不明显,而铝的溶解量增大程度更大pH>8时,钒的主要存在形式不是VO3−
【解析】
(1)①根据图像变化可知:
酸度大于3.2%时,钒的溶解量增大不明显,而铝的溶解量增大程度更大,因此酸浸时不选择更高酸度;正确答案:
酸度大于3.2%时,钒的溶解量增大不明显,而铝的溶解量增大程度更大。
(2)①根据信息可知:
pH>8时,钒的主要存在形式为V2O74−或VO43—等,不是VO3−,NH4VO3的产量明显降低;正确答案:
pH>8时,钒的主要存在形式不是VO3−。
15.高氯酸铜易溶于水,在130℃时会发生分解反应是一种燃烧催化剂,以食盐等为原料制备高氯酸铜[Cu(ClC4)2·6H2O)]的一种工艺凯程如下:
回答下列问题:
(1)改化反应是同一种物质中同种元素自身的氧化还原反应,已知上述工艺流程中“歧化反应”的产物之一为NaClO3。
①“歧化反应”阶段所采用的不同温度对产率影响的结果如图所示。
则该反应最适宜的温度是________。
【答案】60℃
【解析】
(2)①根据图中信息可知,“歧化反应”阶段在60℃时,产率达最高80%。
16.一种由富锰渣(含2MnO·SiO2、3MnO·Al2O3·3SiO2、FeO及重金属盐等)制备高纯MnCl2的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“浸取”时的温度与四种元素的浸取率如图所示。
①工艺上控制75℃的主要原因是____________________________________________。
②铁和铝的浸出率从72℃明显下降的可能原因是___________________________________。
【答案】使滤液中几乎不含硅的化合物部分Fe2+ 及Al3+水解形成沉淀
【解析】
(1)①75℃时Si的浸取率接近于零,而其它元素的浸取率很高,可以使滤液中几乎不含硅的化合物。
②Fe2+ 和Al3+都能水解,且水解是吸热的,温度高于72℃时有利于Fe2+ 和Al3+水解生成沉淀,导致铁和铝的浸出率明显下降。
答案为:
使滤液中几乎不含硅的化合物、部分Fe2+ 及Al3+水解形成沉淀。
17.电解法生产锰时会产生大量的阳极泥,其主要成分为MnO2和Pb,还含有少量其他金属化合物。
下图是回收电解锰阳极泥生产MnCO3的工艺流程。
已知:
Al(OH)3、Mn(OH)2、MnCO3的Ksp分别为1.0×10-33、1.9×10-13、2.2×10-11。
(1)“还原酸浸”实验中,锰的浸出率结果如图所示。
由图可知,所采用的最佳实验条件为____。
【答案】90min,80℃
【解析】
(1)“还原酸浸”实验中,用的时间越短,温度越高,锰的浸出率越高,效果越好;根据图示可知,所采用的最佳实验条件为90min,80℃;正确答案:
90min,80℃。
18.用钒钛磁铁矿为原料冶炼铁,产生一种固体废料,主要成分如下表。
通过下列工艺流程可以实现元素Ti、Al、Si的回收利用,并得到纳米二氧化钛和分子筛。
请回答下列问题:
(1)熔融温度和钛的提取率关系如下图,适宜温度为________。
【答案】500℃
【解析】
(1)从图像可以看出400℃钛的提取率太低,600℃钛的提取率提高不多,从节约能源,降低生产成本角度考虑,500℃最适宜。
19.硒(34Se)与氧同主族,硒元素及其化合物与人体健康、工业生产密切相关。
某科研小组以阳极泥(主要成分是Se,含有CuSe、Ag2Se等杂质)为原料,提炼硒的流程如下:
请回答下列问题:
(7)粗硒可采用真空蒸馏的方法进行提纯,获得纯硒。
真空蒸馏的挥发物中硒含量与温度的关系如图所示:
蒸馏操作中控制的最佳温度是________(填标号)。
A.455℃B.462℃C.475℃D.515℃
【答案】C
【解析】
(1).据图可知,在475℃时真空蒸馏的挥发物中硒含量最大,所以最好选择475℃,故答案为:
C。
点睛:
本题通过提炼硒的工艺流程,考查有关元素化合物的性质、氧化还原反应方程式的书写、物质的分离提纯等知识,试题难度中等。
本题的易错点是第(6)小题,根据题目中提供的H2SeO3和CH3COOH的电离常数,可以判断酸性:
H2SeO3>CH3COOH>HSeO3-,向Na2SeO3溶液中滴加稍过量的乙酸,因酸性H2SeO3>CH3COOH,所以虽然乙酸过量,产物只能生成HSeO3- 而不能生成H2SeO3。
20.钛铁矿主要成分为FeTiO3(含有少量MgO、SiO2等杂质),Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿来制备,工艺流程如下:
(1)过程①中,铁的浸出率结果如图1所示。
由图可知,当铁的浸出率为80%时,所采用的实验条件是___________________。
(2)过程②中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成(NH4)2Ti5O15溶液时,Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图2所示,反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是___________。
【答案】100℃3小时温度过高,双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降
【解析】
(1)过程①中,铁的浸出率结果如图1所示。
由图可知,当铁的浸出率为80%时,所采用的实验条件是100℃3小时;
(2)反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是温度过高,双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降。
21.醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。
一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料,制取醋酸镍的工艺流程图如下:
相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表:
金属离子
开始沉淀时的pH
沉淀完全时的pH
物质
20℃时溶解性(H2O)
Fe3+
1.1
3.2
CaSO4
微溶
Fe2+
5.8
8.8
NiF
可溶
Al3+
3.0
5.0
CaF2
难溶
Ni2+
6.7
9.5
NiCO3
Ksp=1.0×10-5
(1)将含镍废料粉碎的目的是_______________________________________________。
(2)“酸浸”实验中,镍的浸出率结果如图所示,从能量损耗和成本角度考虑,若要使镍的浸出效果最佳,选择的最好温度和时间分别为______℃、______min。
【答案】增大固液接触面积,提高镍的浸出率70
120
【解析】
(1)将含镍废料粉碎的目的是增大固液接触面积,提高镍的浸出率;
(2)由图象可知,为70℃、120min时,酸浸出率最高。
22.在我国的资源储备中,铬是重要的战略金属资源。
以下是以某铬渣(主要成分为Cr2O3,杂质主要是FeO、SiO2等)为原料生产Cr2O3的工艺流程:
已知:
Ksp[Mg(OH)2]=1.2×10-11,Ksp[Cr(OH)3]=6.4×10-31
(1)“除杂”时加入MgSO4-(NH4)2SO4混合物与溶液中少量的PO43-、AsO43-、SiO32-反应,分别转化为NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去。
①反应过程控制溶液pH为9,若pH>9除杂率降低的原因是______。
②反应的温度控制在80℃左右,温度不宜太高的主要原因是_______。
【答案】pH过高时,Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3,影响沉淀形成。
铵盐受热分解
【解析】
(1).①.“除杂”时加入MgSO4-(NH4)2SO4混合物的目的是与溶液中少量的PO43-、AsO43-、SiO32-反应,分别转化为NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去,反应过程中需控制溶液pH为9,若pH>9,则Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3,影响沉淀形成,使除杂率降低,故答案为:
Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3,影响沉淀形成;
②.反应的温度控制在80℃左右,若温度太高,会使铵盐受热分解,降低除杂率,故答案为:
铵盐受热分解。
23.钒触媒(V2O5)是催化氧化所常用的催化剂,为综合利用,科研人员最新研制了一种离子交换法回收废钒的新工艺,回收率达90%以上。
已知废钒催化剂中含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣。
查阅资料可知:
VOSO4可溶于水,V2O5难溶于水,NH4VO3难溶于水。
该工艺的流程如下图。
(1)水浸时,为了提高废钒的浸出率,除了粉碎,还可以采取的措施:
___________________________________,__________________________________(写出2条);
(2)该工艺中反应③的沉矾率是回收钒的关键,沉钒率的高低除受溶液pH影响外,还需要控制氯化铵系数(NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比)和温度。
根据下图建议最合适的氯化铵系数和温度:
氯化铵系数为___________,温度为_____________;
【答案】搅拌适当升高温度,延长浸泡时间480℃
【解析】
(1)水浸时,为了提高废钒的浸出率,除了粉碎,还可以采取的措施搅拌、适当升高温度、延长浸泡时间等措施;
(2)根据图象分析可得,要使沉钒率最高,可控制氯化铵系数为4,温度在80℃。
24.磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:
磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:
Ca5(PO4)3(OH) (1)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。 相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。 80℃后脱除率变化的原因: ____________________。 【答案】80℃后,H2O2分解速率大,浓度显著降低 【解析】 (1)图示是相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率,80℃前温度升高反应速率加快,相同时间内有机碳脱除率增大;80℃后温度升高,H2O2分解速率大,H2O2浓度显著降低,反应速率减慢,相同条件下有机碳脱除率减小。 详解: (1)图示是相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率,80℃前温度升高反应速率加快,相同时间内有机碳脱除率增大;80℃后温度升高,H2O2分解速率大,H2O2浓度显著降低,反应速率减慢,相同条件下有机碳脱除率减小。 25.砷(As)是一些工厂和矿山废水中的污染元素,使用吸附剂是去除水中砷的有效措施之一。 H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系分别如图-1和图-2所示。 (1)溶液的pH对吸附剂X表面所带电荷有影响。 pH=7.1时,吸附
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