届高三化学二轮复习以分离提纯为主线的工艺流程专题复习Word下载.docx
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(1)滤液A的主要成分除NaOH外,还有________(填化学式),写出反应I中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式:
______________________________。
(2)①滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl,为提纯BeCl2,最合理的实验步骤顺序为________(填字母)。
a.加入过量的氨水b.通入过量的CO2
c.加入过量的NaOHd.加入适量的HCl
e.洗涤f.过滤
②从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是________。
(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质。
写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式:
___________________________。
②若用浓HNO3溶解金属硫化物,缺点是________(任写一条)。
(4)滤液D中c(Cu2+)=2.2mol·
L-1、c(Fe3+)=0.008mol·
L-1、c(Mn2+)=0.01mol·
L-1,逐滴加入稀氨水调节pH可将其依次分离,首先沉淀的是________(填离子符号),为使铜离子开始沉淀,常温下应调节溶液的pH大于________。
(5)电解NaCl-BeCl2混合熔盐可制备金属铍,下图是电解装置图。
①电解过程中,加入氯化钠的目的是________。
②石墨电极上的电极反应式为________。
③电解得到的Be蒸气中约含1%的Na蒸气除去Be中少量Na的方法为________。
已知部分物质的熔、沸点如下表:
物质
熔点(K)
沸点(K)
Be
1551
3243
Na
370
1156
解析
(1)由题中信息可知,Be、SiO2与氢氧化钠反应生成Na2BeO2、Na2SiO3,Na2BeO2与HCl反应生成BeCl2,离子方程式为:
BeO
+4H+===Be2++2H2O;
(2)①由于Be的性质与Al相似,所以Be具有两性,用氨水使Be2+全部沉淀,再过滤,将Be(OH)2洗涤后,加入盐酸最终转化成BeCl2;
②由于Be2+易水解,所以从氯化铍溶液中得到纯净的BeCl2,需要在HCl气流中蒸发结晶;
(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质,所以化学反应方程式为:
MnO2+CuS+2H2SO4===MnSO4+S+CuSO4+2H2O;
②由于HNO3的氧化性很强,在反应中会产生氮的氧化物,对空气造成污染,所以我们不选用浓硝酸;
(4)根据Ksp[Cu(OH)2]=2.2×
10-20=c(Cu2+)·
c2(OH-),当溶液中c(Cu2+)=2.2mol·
L-1时,计算可得c(OH-)=10-10mol/L,即当c(OH-)=10-10mol/L时,即pH=4时,Cu2+开始沉淀;
根据Ksp[Fe(OH)3]=4.0×
10-38=c(Fe3+)·
c3(OH-),c(Fe3+)=0.008mol/L,可得到c(OH-)=3.68×
10-13mol/L,即当c(OH-)=3.68×
10-13mol/L时,Fe3+开始沉淀;
根据Ksp[Mn(OH)2]=2.1×
10-13=c(Mn2+)·
c2(OH-),c(Mn2+)=0.01mol/L,可得到c(OH-)=4.83×
10-7mol/L,即当c(OH-)=4.83×
10-7mol/L时,Mn2+开始沉淀;
由计算可知,Fe3+先沉淀,其次是Cu2+,最后是Mn2+;
(5)①电解过程中,加入氯化钠是为了增大导电性即降低电解质熔融状态的温度,节约能耗;
②石墨电极生成金属Be,电极反应方程式为:
Be2++2e-===Be;
③图表信息可知Na和Be的熔、沸点差距很大,分离Na蒸气和Be蒸气可以控制温度1156~3243K之间冷却。
答案
(1)Na2BeO2、Na2SiO3 BeO
+4H+===Be2++2H2O
(2)①afed ②要在HCl气流中蒸发结晶
(3)①MnO2+CuS+2H2SO4===MnSO4+S+CuSO4+2H2O ②会产生污染环境的气体
(4)Fe3+ 4
(5)①降低电解质的熔融温度,降低能耗 ②Be2++2e-===Be ③可以控制温度1156~3243K之间冷却
2.[2019·
贵州省部分重点中学高三上学期教学质量评测(四),26]某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低,对实验的影响可忽略)。
①NaClO溶液在受热温度过高或酸性条件下容易分解,如3NaClO===2NaCl+NaClO3
②AgCl可溶于氨水:
AgCl+2NH3·
H2OAg(NH3)
+Cl-+2H2O
③常温时N2H4·
H2O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH3)
:
4Ag(NH3)
+N2H4·
H2O===4Ag↓+N2↑+4NH
+4NH3↑+H2O
(1)氧化时采用了过量的NaClO溶液并水浴加热,水浴加热的目的是________。
(2)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2,该反应的离子方程式为:
_______________________________;
若改用稀HNO3氧化Ag,生成了NO气体等,则该反应的化学方程式为:
从反应产物的角度分析,以稀HNO3代替NaClO的缺点是:
__________________。
(3)为提高Ag的回收率,需利用少量10%氨水对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤,并将洗涤后的滤液合并入过滤II的滤液中,在实验室洗涤该滤渣的操作为:
__________________________________________________________。
(4)请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案:
(提供的试剂有:
2mol·
L-1水合肼溶液、1mol·
L-1H2SO4溶液)__________________________。
解析
(1)氧化时采用了过量的NaClO溶液并水浴加热,采用水浴加热可以加快反应速率,且防止NaClO受热温度过高而分解;
(2)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2,Ag、O元素的化合价升高,Cl元素的化合价降低,由电子、原子守恒可知该反应的化学方程式为4Ag+4NaClO+2H2O===4AgCl+4NaOH+O2↑,反应的离子方程式为4Ag+4ClO-+2H2O===4AgCl+4OH-+O2↑;
HNO3也能氧化Ag生成硝酸银、一氧化氮和水,反应的化学方程式为4HNO3(稀)+3Ag===3AgNO3+NO↑+2H2O;
从反应产物的角度分析,以HNO3代替NaClO的缺点是会释放出氮氧化物(NO),造成环境污染;
(3)为提高Ag的回收率,需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤,并将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中,具体操作为:
沿玻璃棒向漏斗中注入10%氨水,使溶液完全浸没沉淀,待溶液完全流尽后,重复操作2~3次;
(4)由信息③可知,从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案为向滤液中滴加2mol·
L-1水合肼溶液,搅拌使其充分反应,同时用1mol·
L-1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3,待溶液中无气泡产生,停止滴加,静置,过滤、洗涤,干燥。
答案
(1)加快反应速率,且防止NaClO受热温度过高而分解
(2)4Ag+4ClO-+2H2O===4AgCl+4OH-+O2↑ 4HNO3(稀)+3Ag===3AgNO3+NO↑+2H2O 会释放出氮氧化物(NO),造成环境污染
(3)沿玻璃棒向漏斗中注入10%氨水,使溶液完全浸没沉淀,待溶液完全流尽后,重复操作2~3次
(4)向滤液中滴加2mol·
L-1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3,待溶液中无气泡产生,停止滴加,静置,过滤、洗涤,干燥
3.(2019·
黄冈高三调研,28)某科研课题小组研究利用含H+、Na+、Zn2+、Mn2+、Fe2+、Fe3+、SO
的工业废电解质溶液,制备高纯的ZnO、MnO2、Fe2O3,设计实验流程如下:
回答下列问题:
(1)加入双氧水的目的是___________________________。
(2)第一次调pH使Fe3+完全沉淀,写出反应的离子方程式___________________________。
(3)第二次调pH前,科研小组成员分析此时的溶液,得到常温下相关数据如下表(表中金属离子沉淀完全时,其浓度为1×
10-5mol·
L-1)。
浓度/
(mol·
L-1)
氢氧化物的
Ksp
开始沉淀的
pH
沉淀完全的
Zn2+
0.12
1.2×
10-17
6.0
8.1
Mn2+
0.10
10-14
7.8
9.8
为防止Mn2+同时沉淀造成产品不纯,最终选择将溶液的pH控制为7,则此时溶液中Zn2+的沉淀率为________,利用滤渣Ⅱ制备高纯的ZnO时,必然含有极其微量的________(以化学式表示)。
(4)已知常温下,Ksp(MnS)=3.0×
10-14,Ksp(ZnS)=1.5×
10-24,在除锌时发生沉淀转化反应为:
MnS(s)+Zn2+(aq)ZnS(s)+Mn2+(aq),其平衡常数K=________。
(5)沉锰反应在酸性条件下完成,写出该反应的离子方程式________________________________。
解析
(1)加入双氧水,目的是将Fe2+转化为Fe3+。
(2)第一次加NaOH溶液调pH使Fe3+完全沉淀,离子方程式为:
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓。
(3)控制溶液的pH=7,c(OH-)=10-7mol·
L-1,根据Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)·
c2(OH-),可知此时溶液中c(Zn2+)=1.2×
10-17/(10-7)2mol·
L-1=1.2×
10-3mol·
L-1,则Zn2+的沉淀率为
100%=99%。
根据流程图知,滤渣Ⅱ的主要成分为Zn(OH)2,其中会混有微量的Fe(OH)3,因此制得的ZnO中会混有微量的Fe2O3。
(4)该反应的平衡常数K=
=
=2.0×
1010。
(5)沉锰反应为Mn2+和S2O
的氧化还原反应,Mn2+被氧化为MnO2,S2O
被还原为SO
,该反应在酸性条件下完成,配平离子方程式为:
Mn2++S2O
+2H2O===MnO2↓+2SO
+4H+。
答案
(1)将Fe2+转化为Fe3+
(2)Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
(3)99% Fe2O3 (4)2.0×
1010
(5)Mn2++S2O
+4H+
4.(2019·
南充市第一次高考适应性考试,27)CoCl2可用于电镀,是一种性能优越的电池前驱材料,由含钴矿(Co元素主要以Co2O3、CoO的形式存在,还含有Fe、Si、Cu、Zn、Mn、Ni、Mg、Ca元素)制取氯化钴晶体的一种工艺流程如下:
①焦亚硫酸钠(Na2S2O5)常作食品抗氧化剂。
CaF2、MgF2难溶于水。
②CoCl2·
6H2O的熔点为86℃,易溶于水、乙醚等;
常温下稳定无毒,加热至110~120℃时,失去结晶水变成有毒的无水氯化钴。
③部分金属阳离子形成氢氧化物的pH见下表:
Co3+
Fe3+
Cu2+
Co2+
Fe2+
Mg2+
开始
沉淀pH
0.3
2.7
5.5
7.2
7.6
8.3
9.6
完全
1.1
3.2
6.6
9.2
9.3
11.1
(1)操作①的名称为_________________________________,
NaClO3具有氧化性,其名称为____________________________。
(2)浸取时加入Na2S2O5的作用是_____________________________。
(3)滤液1中加入NaClO3溶液的作用是_________________,
相关的离子方程式为___________________________________。
(4)加入Na2CO3溶液生成滤渣2的主要离子方程式为_____________________。
(5)滤渣3的主要成分为___________________________(写化学式)。
滤液3经过多次萃取与反萃取制备CoCl2晶体:
(6)滤液3中加入萃取剂Ⅰ,然后用稀盐酸反萃取的目的是____________________________。
(7)制备晶体CoCl2·
6H2O,需在减压环境下烘干的原因是____________________________。
解析
(1)观察流程图可知,经过操作①得到了滤渣1和滤液1,所以操作①是过滤。
NaClO3的名称是氯酸钠。
(2)根据已知①可知,Na2S2O5常作食品抗氧化剂,所以推断出Na2S2O5具有较强的还原性,因此浸取时加入Na2S2O5的作用是将Co3+还原为Co2+。
(3)根据
(1)中“NaClO3具有氧化性”,可知滤液1中加入NaClO3溶液的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,便于分离。
根据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒即可完成反应的离子方程式。
(4)加入Na2CO3溶液调pH为3.0~3.5,结合表中数据可知,生成的沉淀只有Fe(OH)3,则Fe3+与CO
发生相互促进的水解反应,生成氢氧化铁沉淀和二氧化碳气体。
(5)根据已知①,结合流程图,可知滤渣3的主要成分是CaF2和MgF2。
(6)结合2个流程图可知,在滤液3中加入萃取剂Ⅰ,Mn2+、Cu2+、Zn2+将进入有机层。
在有机层中加入稀盐酸进行反萃取,则重新得到萃取剂Ⅰ和含有Mn2+、Cu2+、Zn2+的溶液。
(7)根据已知②可知,CoCl2·
6H2O受热易失去结晶水而变为有毒的CoCl2,因此制备CoCl2·
6H2O时需要在减压环境下低温烘干。
答案
(1)过滤 氯酸钠
(2)将Co3+还原为Co2+
(3)把Fe2+氧化为Fe3+,便于分离 6Fe2++ClO
+6H+===6Fe3++Cl-+3H2O
(4)2Fe3++3CO
+3H2O===2Fe(OH)3↓+3CO2↑
(5)CaF2、MgF2
(6)分离出溶液中的Mn2+、Cu2+、Zn2+,回收利用
(7)降低烘干温度,防止产品分解,产生有毒的无水氯化钴
5、氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下:
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:
金属离子
Al3+
Ca2+
开始沉淀的pH
3.8
1.5
6.3
10.6
8.8
沉淀完全的pH
5.2
2.8
12.6
10.8
11.6
③常温下,CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×
10-10、7.42×
10-11。
(1)“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为________。
分析下列图1,氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:
焙烧温度为500℃。
分析选择反应温度为500℃的原因______________________________。
(2)浸出液“净化除杂”过程如下:
首先加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式为________________________________;
再调节溶液的pH将Al3+、Fe3+变为沉淀除去,溶液pH的范围为________;
然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为CaF2、MgF2沉淀除去,两种沉淀共存时溶液中
=________。
(3)碳化结晶时,反应的离子方程式为____________________________。
(4)MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物,其固体残留率随温度的变化如图2所示,300℃~770℃范围内,发生反应的化学方程式为____________________________________________________。
图2
解析
(1)焙烧过程中发生的主要反应的化学方程式为:
MnCO3+2NH4Cl
MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O;
温度过低,反应速率慢、浸出率低;
随着温度的升高,锰浸出率逐渐升高,但在500℃以后,锰浸出率增加缓慢,并且在500℃时,锰浸出率已经达到95%以上,温度过高,浸出率变化不大,成本增加,故焙烧温度取500℃即可;
(2)净化除杂中加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式为:
MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O;
由表可知,Fe3+、Al3+完全沉淀的pH分别为2.8和5.2,Mn2+开始沉淀pH为8.8,故若要将Al3+、Fe3+变为沉淀除去,但Mn2+不能沉淀,故需调节pH的范围为5.2≤pH<
8.8;
当两种沉淀共存时,溶液中
=1.97;
(3)“碳化结晶”时,加入碳酸氢铵时HCO
的电离促进Mn2+生成MnCO3,同时HCO
与电离出的H+反应生成水和CO2,发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO
MnCO3↓+CO2↑+H2O;
(4)假设起始n(MnCO3)=1mol,则m(MnCO3)=115g,m(Mn)=55g,加热过程中Mn元素的质量不变,A点时固体质量为115g×
75.65%=87g,则m(O)=32g,故
,故A点对应的化学式为MnO2,同理可计算出B点对应的化学式为Mn3O4,故300℃~770℃范围内,发生反应的化学方程式为:
3MnO2
Mn3O4+O2↑。
答案
(1)MnCO3+2NH4Cl
MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O 温度低,速率慢浸出率低;
温度过高,浸出率变化不大,成本增加
(2)MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O
5.2≤pH<
8.8 1.97
(3)Mn2++2HCO
MnCO3↓+CO2↑+H2O
(4)3MnO2
Mn3O4+O2↑
6、五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业,主要用于冶炼钒铁、用作冶金添加剂,占五氧化二钒总消耗量的80%以上,其次是用作有机化工的催化剂。
为了增加V2O5的利用率我们从废钒催化剂(主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等)中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下:
(1)①中废渣的主要成分是______________________________;
①中V2O5发生反应的离子方程式为______________________。
(2)②、③中的变化过程可简化为(下式中的R表示VO2+或Fe3+,HA表示有机萃取剂的主要成分):
R2(SO4)(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层)+nH2SO4(水层)。
②中萃取时必须加入适量碱,其原因是_________________________________;
实验室进行萃取操作使用的玻璃仪器为________________________。
(3)实验室用的原料中V2O5占6%(原料中的所有钒已换算成V2O5)。
取100g该废钒催化剂按工业生产的步骤进行实验当加入100mL0.1mol/L的KClO3溶液时,溶液中的钒恰好被完全处理,假设以后各步钒没有损失,则该实验中钒的回收率是________[M(V2O5)=182g/mol]
(4)25℃时取样进行试验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表:
1.3
1.4
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
钒沉淀率/%
88.1
94.8
96.5
98.0
98.8
98.6
96.4
93.1
试判断在实际生产时,⑤中加入氨水调节溶液的最佳pH为________;
若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀,则此时溶液中c(Fe2+)≤________。
25℃时Ksp[Fe(OH)3]=2.6×
10-39
解析
(1)上述分析可知滤渣A为SiO2,从流程图可以看出,在酸性条件下,V2O5转化为VO2+,SO
能被V2O5氧化生成SO
,根据氧化还原反应的规律配平该离子反应方程式为:
V2O5+SO
+4H+===2VO2++SO
+2H2O;
(2)反萃取时,分析平衡R2(SO4)(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层)+nH2SO4(水层),为提高②中萃取百分率,则加入碱中和硫酸,可以使平衡正移,多次连续萃取。
萃取分液操作时,用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯;
(3)根据氧化还原规律可知,当加入100mL0.1mol/L的KClO3溶液时,溶液中的钒恰好被完全处理的离子方程式为:
ClO
+6VO2++3H2O===6VO
+6H++Cl-,再结合V2O5+SO
+2H2O,从而得出关系式:
3V2O5~6VO2+~ClO
,因n(ClO
)=0.1mol/L×
0.1L=0.01mol,所以n(V2O5)=3×
0.01mol=0.03mol因此该实验中钒的回收率是
100%=91.0%;
(4)从沉淀率和pH关系找出最
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