高考化学大串讲专题19化工流程练习.docx
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高考化学大串讲专题19化工流程练习
专题19化工流程
1.一种从废钻锰催化剂[含53.1%(CH3COO)2Co、13.2%(CH3COO)2Mn、23.8%CoCO3、6.5%Mn(OH)2、1.3%SiO2及对二甲苯等有机物等中回收钻和锰的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)步骤①焙烧的目的是____________________________________。
(2)步骤②酸浸时,控制盐酸适当过量、溶液加热并充分搅拌,其目的是______________。
(3)步骤③MnCl2与H2O2和氨水反应的离子方程式为______________。
(4)步骤④调节pH时采用CH3COOH和CH3COONa混合溶液,该混合溶液称为缓冲溶液,该溶液中加入少量的酸、碱或稀释时pH变化均不大,其中稀释时pH变化不大的原因是_______________。
(5)步骤⑤硝酸溶解CoS生成Co(NO)2同时生成NO和S,该反应的化学方程式为________。
(6)步骤⑦若在实验室进行,所需的硅酸盐质仪器除酒精灯和玻璃棒外,还有____________(填仪器名称)。
(7)某工厂用mkg废催化剂最终制得CoOnkg,则CoO的产率为__________。
【答案】将二甲苯等有机物氧化除去,并将(CH3COO)2Co、(CH3COO)2Mn转化为无机物提高钴、锰的浸出率Mn2++H2O2+2NH3·H2O=MnO(OH)2↓+2NH4++H2O稀释时,CH3COOH电离度增大产生的H+和CH3COO-水解程度增大产生的OH-几乎抵消3CoS+8HNO3=3Co(NO3)2+3S+2NO↑+4H2O坩埚、泥三角
2.目前钴酸锂(LiCoO2)锂离子电池应用十分广泛,从废旧钴酸锂理离子电池中回收铝、铁、钴、锂等元素成了重要的研究课题,某小组模拟工业流程从废旧电池中对上述元素进行提取。
已知:
①滤液1中阳离子有H+、CO3+、Fe3+、Al3+、Li+等;
②几种物质不同温度下的溶解度如下表所示:
T/℃
20
40
60
80
S(Li2CO3)/g
1.33
1.17
1.01
0.85
S(Li2SO4)/g
34.2
32.8
31.9
30.7
(1)钴酸锂(LiCoO2)中钴元素的化合价是_______________。
(2)上述流程中将CoO2-转化为Co3+的离子方程式为_________________。
(3)滤液1中加入Na2SO3的主要目的是_____________________;加入NaClO3的主要目的是____________。
(4)为了使Fe3+、Al3+沉淀完全(通常认为金属离子浓度小于或等于10-5mol·L-1时表示已沉淀完全)加入氨水调节pH的最小值是____________(保留一位小数)。
{已知:
Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39,Ksp[Al(OH)3]=2.7×10-34,lg3=0.52}
(5)滤液3中加入饱和Na2CO3溶液,过滤后,需要用“热水洗涤”的原因是_________。
(6)为得到高纯度的Li2CO3,需将粗产品Li2CO3与盐酸反应制得的LiCl进行电解。
其原理如图所示:
①电解时阳极的电解反应式为_____________________。
②电解后向产品LiOH溶液中加入过滤NH4HCO3溶液生成Li2CO3,反应的化学方程式为__________。
【答案】+34H++CoO2===2H2O+Co3+将Co3+氧化为Co2+将Fe2+氧化为Fe3+4.5Li2CO3溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的损失2Cl--e-===Cl2↑2LiOH+2NH4HCO3===Li2CO3+(NH4)2CO3+2H2O
3.钨是熔点最高的金属,是重要的战略物资。
自然界中钨主要存在于黑钨矿中,其主要成分是铁和锰的钨酸盐(FeWO4、MnWO4),还含少量Si、As的化合物。
由黑钨矿冶炼钨的工艺流程如下:
已知:
①滤渣I的主要成份是Fe2O3、MnO2。
②上述流程中,钨的化合价只有在最后一步发生改变。
③常温下钨酸难溶于水。
(1)请写出FeWO4在熔融条件下发生碱分解反应生成Fe2O3的化学方程式:
_____________。
(2)上述流程中向粗钨酸钠溶液中加硫酸中和至pH=10后,溶液中的杂质阴离子为SiO32―、HAsO32―、HAsO42―等,则“净化”过程中,加入H2O2时发生反应的离子方程式为_________,滤渣Ⅱ的主要成分是______________。
(3)已知氢氧化钙和钨酸钙(CaWO4)都是微溶电解质,两者的溶解度均随温度升高而减小。
下图为不同温度下Ca(OH)2、CaWO4的沉淀溶解平衡曲线。
①T1_____T2(填“>”或“<”)T1时Ksp(CaWO4)=______________。
②将钨酸钠溶液加入石灰乳得到大量钨酸钙,发生反应的离子方程式为_____________。
【答案】4FeWO4+O2+8NaOH
2Fe2O3+4Na2WO4+4H2O
H2O2+HAsO32―═HAsO42―+H2OMgSiO3、MgHAsO4<1×10-10WO42―+Ca(OH)2=CaWO4+2OH―
【解析】
(1)根据流程图可知钨酸亚铁和氢氧化钠、氧气反应生成氧化铁和钨酸钠,反应的方程式为4FeWO4+O2+8NaOH
2Fe2O3+4Na2WO4+4H2O;
(2)根据以上分析,加入H2O2的目的是将HAsO32-氧化成HAsO42-,离子方程式为
4.二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物,平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2、FeO等物质)。
某课题组以此粉末为原料,设计如下工艺流程对资源进行回收,得到纯净的CeO2和硫酸铁铵晶体。
已知:
CeO2不溶于稀硫酸,也不溶于NaOH溶液。
回答下列问题:
(1)滤液1中加入H2O2溶液的目的是______________。
(2)设计实验证明滤液1中含有Fe2+__________________。
(3)在酸性溶液中,已知Fe2+溶液可以和难溶于水的FeO(OH)反应生成Fe3O4,书写该反应的离子方程式__________________________。
(4)由滤液2生成Ce(OH)4的离子方程式_____________________。
(5)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.531g,加硫酸溶解后,用浓度为0.l000mol·L-1的FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3+),消耗25.00mL标准溶液。
该产品中Ce(OH)4的质量分数为______________(结果保留两位有效数字),Mr(Ce)=140。
【答案】使Fe2+氧化为Fe3+取少许滤液1,滴加铁氰化钾溶液,有蓝色沉淀生成,则证明滤液1中有Fe2+Fe2++2FeO(OH)==Fe3O4+2H+4Ce3++O2+12OH-+2H2O==4Ce(OH)4↓0.98或98%
5.三氧化二钴(Co2O3)常用于制滤光眼镜的添加剂、催化剂和氧化剂。
以含钴废料(主要成分CoO、Co2O3,含有少量MnO2、NiO、Fe3O4)为原料制备Co2O3的流程如下:
(1)研磨的目的是____________。
滤渣1的主要成分为______________(填化学式)。
(2)酸浸时双氧水的作用有___________。
不能用盐酸代替硫酸,因为Co2O3与盐酸反应生成Cl2,污染境,该反应的离子方程式为__________。
(3)在实验室里,萃取操作要用到的玻璃仪器主要有___________。
有机相再生时提取出的Ni2+可用于制备氢镍电池,该电池充电时的总反应为Ni(OH)2+M
NiOOH+MH。
则放电时正极的电极反应式为__________。
(4)沉钴时发生反应的离子方程式为_______。
煅烧时发生反应的化学方程式为_______。
【答案】增大固体与液体的接触面积,使酸浸速率更快,酸浸更充分MnO2亚铁离子氧化为铁离子Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O分液漏斗、烧杯NiOOH+e-+H+=Ni(OH)22Co2++HCO3-+3NH3∙H2O=Co2(OH)2CO3+3NH4++H2O2Co2(OH)2CO3+O2
2Co2O3+2CO2+2H2O
6.氧化镁是优良的阻燃剂,同时在医药、建筑等行业的应用也十分广泛。
用硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。
以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量SiO2、FeCO3等)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下:
已知在水溶液中生成氢氧化物沉淀的pH:
Mg(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
开始沉淀时
9.4
7.6
1.5
完全沉淀时
10.4
9.7
2.8
(1)菱镁矿酸溶前需要粉碎,目的是_______________。
(2)加入H2O2氧化时,发生反应的离子方程式为______________________。
(3)加氨水调节溶液的pH范围为________,滤渣2的主要成分是____________(填化学式)。
(4)流程图中在获得滤渣2的“过滤”与“煅烧”之间要经过的操作步骤为_______、过滤等操作,得到MgSO4·xH2O晶体。
(5)已知煅烧12.3gMgSO4·xH2O晶体得到2gMgO,则x值为_____________。
【答案】提高酸溶速率2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O2.8 7.以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥(主要含MgO、SiO2、Fe2O3,另含少量FeO、CaO、Al2O3、B2O3等)为原料制取MgSO4·7H2O的工艺流程如下: 回答下列问题: (1)过滤需用到的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和_______;其中玻璃棒的作用是___________。 (2)滤渣1中的某种物质是玻璃的主要成分之一,玻璃另外两种主要成分的化学式为_____________。 除杂过程加入MgO的作用是__________________。 (3)写出除杂过程中次氯酸钙将Fe2+氧化的离子方程式__________________。 (4)除杂过程中,当c(Al3+)=1×10−5mol/L时,c(Fe3+)=__________mol/L。 (已知Ksp[Al(OH)3]=3.2×10−34,Ksp[Fe(OH)3]=1.1×10−36,结果保留两位有效数字) (5)滤渣3主要成分的化学式是___________。 【答案】漏斗引流Na2SiO3、CaSiO3调pH,使Fe3+、Al3+等形成氢氧化物沉淀而除去2Fe2++ClO−+2H+=2Fe3++Cl−+H2O3.4×10−8CaSO4或CaSO4 2H2O 8.工业上通过电解MnSO4和ZnSO4制取Zn和MnO2,原料为软锰矿和闪锌矿。 软锰矿主要含有MnO2(约70%)、SiO2、Al2O3,闪锌矿主要含有ZnS(约80%)、FeS、CuS、SiO2。 I. (1)为了测量软锰矿中MnO2含量的测定,现将14.5g软锰矿溶于足量的稀硫酸中,加入足量的碘化钾晶体,充分反应后,过滤,将滤液加水稀释至1L,取25.00ml该溶液于锥形瓶中,滴入几滴淀粉溶液作指示剂,用0.1000mol·L﹣1的标准Na2S2O3溶液滴定,消耗标准液50.00ml,则软锰矿中MnO2含量____。 (已知: 2KI+2H2SO4+MnO2=I2+2H2O+MnSO4+K2SO4 ;I2+2S2O32﹣=2I﹣+S4O62﹣) Ⅱ.研人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺,工艺流程如图所示。 请回答下列问题: (2)反应Ⅰ后过滤所得滤液中含有有Mn2+、Zn2+、Cu2+、Fe3+、Al3+等金属阳离子。 试写出反应Ⅰ中生成CuSO4的化学方程式____________。 (3)若反成Ⅱ加入的锌过量,还会进一步发生反应的离子方程式为_________。 (4)反应Ⅲ中加入MnO2的作用是(离子方程式表示)______________________。 (5)反应Ⅴ的条件是电解,电解时均用惰性电极,阳极发生的电极反应可表示为__________。 (6)图是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线(g/100g水),则Ⅳ中得到Na2SO4固体的操作是: 将分离出MnCO3和ZnCO3后的滤液升温结晶→___→用乙醇洗涤→干燥.用乙醇洗涤而不用水洗的原因是___________。 【答案】60%MnO2+CuS+2H2SO4=S↓+MnSO4+CuSO4+2H2OZn+Fe2+=Zn2++Fe或Zn+Mn2+=Zn2++Mn4H++MnO2+2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2OMn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+趁热过滤防止Na2SO4固体因溶解而减少;避免形成结晶水合物 【解析】 (1)2KI+2H2SO4+MnO2=I2+2H2O+MnSO4+K2SO4;I2+2S2O32﹣=2I﹣+S4O62﹣, MnO2~I2~2S2O32-, 12 9.工业上,以钛铁矿(主要含FeTiO3,还含有Fe2O3和Al2O3、SiO2等杂质)为原料制备二氧化钛并得到副产品绿矾(FeSO4·7H2O)的工艺流程如下图所示。 已知: TiO2+在一定条件下会发生水解。 回答下列问题: (1)要提高酸浸时钛矿石的溶解速率,可行的措施是(写一条即可)_______________。 黑钛液中生成的主要阳离子有TiO2+和Fe2+,步骤①主要反应的化学方程式是_________。 (2)步骤②中,加入铁粉的主要作用是_____,同时也会将部分TiO2+还原为Ti3+。 (3)向滤液2中通入空气的目的是______(用离子方程式表示)。 (4)请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中加入热水稀释将TiO2+转化为Ti(OH)4的原因: _________________。 (5)副产品绿矾中含有杂质[Al2(SO4)3]。 要将副产品进一步提纯,请结合右图的绿矾溶解度曲线完成提纯过程: 将副产品溶于稀硫酸中,充分搅拌后,用NaOH溶液调节反应液的pH约为5,过滤沉淀后得到FeSO4溶液,______,过滤,用冰水洗涤,低温干燥,得到FeSO4·7H20晶体。 (6)用氧化还原滴定法测定制备得到的产品中TiO2的质量分数: 在一定条件下,将一定量的产品溶解并将TiO2还原为Ti3+,再以KSCN溶液作为指示剂,用硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2]标准溶液滴定Ti3+至全部生成Ti4+。 ①滴定终点的现象是_______________。 ②滴定分析时,称取TiO2试样0.2g,消耗0.1mol/LNH4Fe(SO4)2标准溶液24.00mL,则TiO2的质量分数为_______________。 【答案】粉碎矿石或加热反应物或及时搅拌等FeTiO3+2H2SO4 FeSO4+TiOSO4+2H2O将Fe3+转化为Fe2+并防止Fe2+被氧化4Ti3++O2+2H2O 4TiO2++4H+TiO2+在溶液中水解: TiO2++3H2O Ti(OH)4+2H+△H>0,当加入热水稀释、升温后,平衡正向移动,生成Ti(OH)4加热浓缩得到60℃的饱和溶液,再冷却至室温(或0℃)结晶滴入最后⼀滴标准溶液时,锥形瓶内溶液变成红色,且半分钟不褪色96% 10.以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下: (1)流程中将高硫铝土矿磨成矿粉的目的是_________________________________。 (2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如图所示。 已知: 多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃;硫去除率=(1— )×100%。 ①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于____________。 ②700℃焙烧时,添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低,其主要原因是______________________。 (3)由“过滤”得到的滤液生产氧化铝的反应过程中涉及的离子方程式是________。 (4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。 Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=__________。 【答案】增大反应的接触面积,加快化学反应速率FeS2硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-、2Al(OH)3 Al2O3+3H2O1∶16 11.铬合金具有高硬度、耐腐蚀特性,广泛应用于精密仪器制造,由高碳铬铁合金废料制取铬的简单流程如下: 已知: Cr+H2SO4=CrSO4+H2↑ 请回答下列问题: 请回答下列问题: (1)稀硫酸酸浸过程中,提高“浸出率”的措施有_____(写一条即可)。 (已知: ) (2)用纯碱调节溶液酸度,若纯碱过量,则可能导致的后果是______,副产物中两种主要物质的化学式为_____________。 (3)加入草酸发生反应的离子方程式为______;利用铝热反应冶炼铬。 请写出该反应的化学方程式_________。 (4)向滤液中通入空气,加入氨水后发生反应的化学方程式为_________。 (5)利用如图装置,探究铬和铁的活泼性强弱。 能证明铁比铬话泼的实验现象是______,工业上,在钢器具表面镀铬,用硫酸铬(CrSO4)溶液作电解液,阴极的电极反应式为___________。 (6)已知高碳铬铁度料中铁铭元素质量比为14: 13.上述流程中铁元素转化草酸亚铁的利用率为80%。 废料中提取金属铬的总转化率为95%,如果得到草酸亚铁品体(FeC2O4·2H2O)质量为18.00吨,则可以冶炼铬的质量为____吨(结果保留1位小数)。 【答案】加热、搅拌、适当提高稀硫酸浓度等(答案合理即可)Cr2+、Fe2+水解或沉淀Na2SO4、NaHSO4Fe(OH)2+H2C2O4=FeC2O4·2H2O↓Cr2O3+2Al Al2O3+2Cr4CrSO4+O2+8NH3·H2O+2H2O=4Cr(OH)3↓+4(NH4)2SO4铬极上产生气泡Cr2++2e-=Cr6.2 12.ZnO在医药、石化等领域有广泛的用途。 研究小组用某闪锌矿(主要成分ZnS,含有FeS、SiO2、MnCO3等杂质)制备氧化锌和硫单质,设计如下流程: 请回答下列问题: (1)滤渣1的化学式为_____________,任写一种该物质的用: ______________________。 (2)沉淀X的化学式为_______________________________。 (3)“转化I”中氧化剂和还原剂的物质的量之比为________________________。 (4)“转化II”中主要反应的离子方程式为_____________________________________。 (5)若Ksp(ZnCO3)=1.5×10-10,溶液中离子浓度≤1.0×10-5mol/L时,认为该离子沉淀完全。 则欲使1Lc(Zn2+)=1.5mol/L溶液中Zn2+沉淀完全,需加入等体积的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为_________(列出计算式,溶液混合时体积变化忽略不计)。 (6)“一系列操作”包括过滤、洗涤、干燥。 过滤所用的玻璃仪器有____________;洗涤沉淀的操作为___________。 【答案】SiO2制光导纤维、制玻璃、冶炼硅等Fe(OH)31: 22MnO4-+3Mn2++2H2O==5MnO2↓+4H+、MnO4-+3Fe2++7H2O==MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+[1.5mol/L×1L+(1.5×10-10/1.0×10-5)mol/L×2L]/1L烧杯、漏斗、玻璃棒用玻璃棒引流向过滤器中加蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下,重复操作2~3次 【解析】 (1)根据题中所给信息分析,SiO2不与硫酸反应,其余物质都可以和硫酸反应,所以滤渣1为SiO2, 13.工业上利用β-锂辉矿(LiAlSi2O6和少量MgO、CaCO3杂质) 制备金属锂,工艺流程如下: 回答下列问题: (1) β-锂辉矿的主要成分LiAlSi2O6中存在的原子团为_____________。 (2) 工业上加快酸浸速率除调整硫酸浓度、升高温度外还可以采取的措施为_____________。 浸出液中加入CaCO3的主要作用为______________________。 (3)一定温度下,Ksp(CaCO3)= 2.5×10-9,Ksp(Li2CO3)= 1.6×10-3,若反应Ⅱ 的溶液中c(Ca2+)和c(Li+)均为1.0 mol·L-1,则开始滴加稀Na2CO3溶液时,理论上c(CO32-)应控制的范围为_________;实际操作中CaCO3和Li2CO3可能同时析出,从而造成Li+损失,一种改进的工艺是利用草酸钠代替Na2CO3作为沉淀剂,分析使用草酸钠的原因为__________。 (4) 反应Ⅲ的离子方程式为_______________________。 常温下,Na2CO3的溶解度为29.4g,判断反应Ⅲ能否使溶液中Li+沉淀完全? _______________________(列式计算)。 [化学上规定,当某离子浓度≤10-5mol·L-1时即可认为该离子沉淀完全] (5) 高温下发生反应Ⅳ的化学方程式为____________________。 (6)一定温度下,LiAlSi2O6与不同浓度的硫酸反应30min时结果如下表所示: c(H2SO4)/mol·L-1 1.0 5.0 10.0 16.0 18.0 Li 浸出率/% 30 60 90 80 70 Al浸出率/% 30 60 40 10 0 试分析酸浸过程中,若使c(H2SO4)=10.0mol·L-1,则该工艺条件的优缺点为______________。 【答案】SiO32-粉碎、搅拌中和过量的硫酸,调节溶液pH2.5×10-9mol·L-1 Al2O3+6Li优点: 反应速率快,Li浸出率高;相同浸取率需要的反应温度低,消耗能量少。 缺点: Al浸出率较高,需要增加
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