高三化学考前突破训练《化学工艺流程综合题》.docx
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高三化学考前突破训练《化学工艺流程综合题》
2020届高三化学考前冲刺突破:
——《化学工艺流程综合题》跟踪监检测
1.硼及其化合物在工业上有许多用途。
以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如下所示:
写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式:
________________________________________________________________。
为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有_____________(写出两条)。
答案:
Mg2B2O5·H2O+2H2SO4
2H3BO3+2MgSO4 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径
2.某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料,主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等,回收其中镁的工艺流程如下:
试回答在“浸出”步骤中,为提高镁的浸出率,可采取的措施有____________(两条即可)。
答案:
增大硫酸浓度、加热升高温度、边加硫酸边搅拌
3.(2019·广东惠州模拟)稀土是一种不可再生的战略性资源,被广泛应用于电子信息、国防军工等多个领域。
一种从废弃阴极射线管(CRT)荧光粉中提取稀土元素钇(Y)的工艺流程如下:
已知:
废弃CRT荧光粉的化学组成(某些不参与反应的杂质未列出)
成分含量/%
Y2O3
ZnO
Al2O3
PbO2
MgO
预处理前
24.28
41.82
7.81
1.67
0.19
预处理后
68.51
5.42
4.33
5.43
0.50
试回答步骤Ⅰ中进行原料预处理的目的为__________________________。
答案:
除去ZnO和Al2O3
4.碲(Te)位于元素周期表第ⅥA族,由该元素组成的物质可用作石油裂化的催化剂,电镀液的光亮剂,玻璃的着色材料,合金材料的添加剂等。
精炼铜的阳极泥主要含Cu2Te、Au、Ag等,利用下列工艺流程可回收碲:
已知:
TeO2的熔点为733℃,微溶于水,可溶于强酸和强碱。
回答下列问题:
(1)Te与S的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱顺序为_______________(用化学式表示)。
(2)“酸浸1”需加热,加热的目的是________________,“酸浸1”发生反应的氧化产物是__________________(写化学式)。
(3)“水浸”后“滤液1”的颜色是______________________________。
(4)“滤渣1”进行“碱浸”的离子方程式是___________________________。
(5)从可持续发展意识和绿色化学观念来看,“滤渣2”进行酸浸的意义是____________________________________________________________。
答案:
(1)H2SO4>H2TeO4
(2)加快浸出速率
CuSO4、TeO2 (3)蓝色(或浅蓝色) (4)TeO2+2OH-===TeO
+H2O (5)“滤渣2”经过酸浸可得到含CuSO4的滤液,并可达到回收Au、Ag的目的,符合可持续发展意识和绿色化学观念
5.碳酸锂(相对分子质量为74)广泛应用于化工、冶金、陶瓷、医药、制冷、焊接、锂合金等行业。
制备流程如下:
已知:
碳酸锂的溶解度(g·L-1)见下表。
温度/℃
0
10
20
30
40
50
60
80
100
Li2CO3
1.54
1.43
1.33
1.25
1.17
1.08
1.01
0.85
0.72
(1)硫酸化焙烧工业反应温度控制在250~300℃,主要原因是____________________________________________________;同时,硫酸用量为理论耗酸量的115%左右,硫酸如果加入过多则________(填字母)。
A.增加酸耗量
B.增加后续杂质的处理量
C.增加后续中和酸的负担
(2)水浸时,需要在搅拌下加入石灰石粉末的主要作用是_________________。
(3)“沉锂”需要在95℃以上进行,主要原因是____________________。
过滤碳酸锂所得母液中主要含有Na2SO4,还可能含有___________________。
答案:
(1)温度低于250℃,反应速率较慢;温度高于300℃,硫酸挥发较多 ABC
(2)除去多余的硫酸,同时调整pH,除去大部分杂质 (3)温度越高,碳酸锂溶解度越小,可以增加产率 Na2CO3、Li2CO3
6.利用水钴矿(主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多种化工试剂,以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程,回答下列问题:
已知:
①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等;
②沉淀Ⅰ中只含有两种沉淀;
③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Al(OH)3
Mn(OH)2
开始沉淀
2.7
7.6
7.6
4.0
7.7
完全沉淀
3.7
9.6
9.2
5.2
9.8
(1)浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式为______________________。
(2)加入NaClO3的作用是___________________________________。
(3)加入Na2CO3调pH至5.2,目的是__________________________________;萃取剂层含锰元素,则沉淀Ⅱ的主要成分为____________________。
(4)操作Ⅰ包括:
将水层加入浓盐酸调整pH为2~3,________、________、过滤、洗涤、减压烘干等过程。
答案:
(1)Co2O3+SO
+4H+===2Co2++SO
+2H2O
(2)将Fe2+氧化为Fe3+,便于后面调节pH时生成Fe(OH)3沉淀而除去 (3)使Fe3+和Al3+沉淀完全 CaF2和MgF2 (4)蒸发浓缩 冷却结晶
7.铁红(Fe2O3)和钛白粉(TiO2)均为重要的墙面装修颜料。
一种利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量Fe2O3)联合生产铁红和钛白粉的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)FeSO4溶液与NH4HCO3溶液的反应温度应控制在35℃以下,其原因是_____________________,该反应的离子方程式是________________________。
(2)TiO2+转化为TiO(OH)2需要加热,加热的目的是_________________,该反应的离子方程式为___________________________________________。
(3)常温时,在生成的FeCO3达到沉淀溶解平衡的溶液中,测得溶液中c(CO
)=3.0×10-6mol·L-1,pH为8.5,则所得的FeCO3中是否含Fe(OH)2?
(已知Ksp(FeCO3)=3.0×10-11,Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10-16)。
答案:
(1)减少NH4HCO3分解、减少Fe2+水解 Fe2++2HCO
===FeCO3↓+CO2↑+H2O
(2)促进TiO2+水解,加快反应速率 TiO2++2H2O
TiO(OH)2↓+2H+ (3)Ksp(FeCO3)=c(Fe2+)·c(CO
),故c(Fe2+)=
=1.0×10-5mol·L-1,pH=8.5,则c(OH-)=1.0×10-5.5mol·L-1,故c(Fe2+)·c2(OH-)=1.0×10-16 8.(2019·福建南平模拟,节选)SO2是硫酸工业尾气的主要成分。 以硫酸工业的尾气为原料制备硫酸钾和硫酸锰晶体(MnSO4·H2O)的工艺流程如图所示。 回答下列问题: (1)如图所示是几种盐的溶解度曲线。 反应Ⅲ中,向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液后,进行蒸发浓缩、__________、洗涤、干燥等操作即得K2SO4产品。 (2)检验硫酸钾样品中是否含有氯化物杂质的实验操作是_______________。 (3)已知室温下Mn(OH)2的Ksp=4.5×10-13,向MnSO4溶液中滴加氨水使溶液的pH=10,请列式计算,判断此时溶液中Mn2+是否沉淀完全: ___________。 答案: (1)趁热过滤 (2)取少量样品于试管中配成溶液,滴加过量Ba(NO3)2溶液,取上层清液滴加HNO3酸化的AgNO3溶液 (3)c(Mn2+)= =4.5×10-5mol·L-1>1×10-5mol·L-1,Mn2+没有沉淀完全 9.(2019·山西晋城模拟,节选)磷酸铁锂电池被广泛应用于各种电动汽车,其正极是通过将磷酸铁锂(LiFePO4)、导电剂、黏结剂和乙炔黑等按比例混合,再涂于铝箔上制成。 一种从废旧磷酸铁锂电池正极材料中回收某些金属资源的工艺流程如下: 已知: ①常温下,Ksp[Fe(OH)3]=10-39; ②Li2CO3的溶解度: 0℃为1.54g;100℃为0.72g。 请回答: (1)“沉铁”时,溶液的pH与金属元素的沉淀百分率(w)的关系如表: pH 3.5 5 6.5 8 10 12 w(Fe)/% 66.5 79.2 88.5 97.2 97.4 98.1 w(Li)/% 0.9 1.3 1.9 2.4 4.5 8.0 则该过程应调节pH=________,其原因为_________________________;假设该过程在常温下进行,则此时溶液中c(Fe3+)=________________________。 (2)“沉锂”时,所得Li2CO3应选择__________(填“冷水”或“热水”)进行洗涤,判断Li2CO3已洗涤干净的操作和现象为_______________________。 答案: (1)8 Fe元素的沉淀百分率较大且Li元素的损失较小 10-21mol·L-1 (2)热水 取最后一次洗涤液少许,向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,无沉淀生成,则证明已洗涤干净 10.(2019·湖南怀化模拟)高氯酸铵NH4ClO4是复合火箭推进剂的重要成分,实验室可通过下列反应制取。 (1)氯酸钠受热分解生成高氯酸钠和氯化钠的化学方程式为___________________________________________________________________。 (2)反应得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的质量分数分别为0.30和0.15,从混合溶液中获得较多NH4ClO4晶体的实验操作依次为(填操作名称)____________、___________、___________、冰水洗涤、干燥。 用冰水洗涤的目的是________________________________________。 若氯化铵溶液用氨气和浓盐酸代替,则该反应不需要加热就能进行,其原因是_______________________。 答案: (1)4NaClO3 NaCl+3NaClO4 (2)蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 减少洗涤过程中NH4ClO4晶体的损失 氨气与浓盐酸反应放出热量 11.(2019·山东临沂模拟)黄铜矿(CuFeS2)可用来冶炼铜及制备铁氧化物,常含有微量金、银等。 以黄铜矿为主要原料生产铁红(氧化铁)颜料、胆矾的工艺流程如图所示: 用滴定法测定所得产品中CuSO4·5H2O的含量,称取ag样品配成100mL溶液,取出20.00mL,用cmol·L-1EDTA(Na2H2Y·2H2O)标准溶液滴定至终点(EDTA不与杂质反应),消耗EDTA标准溶液的体积为bmL。 滴定反应为Cu2++H2Y2-===CuY2-+2H+。 则CuSO4·5H2O的质量分数为________。 滴定管用蒸馏水洗涤后,直接注入标准溶液,则会导致测定结果偏________(填“大”或“小”)。 解析: 根据滴定反应可知,20.00mL溶液中n(Cu2+)=n(H2Y2-)=cmol·L-1×b×10-3L=bc×10-3mol,则ag样品中CuSO4·5H2O的物质的量为5bc×10-3mol,样品中CuSO4·5H2O的质量分数为 ×100%= %。 滴定管用蒸馏水洗涤后,直接注入标准溶液,则标准溶液被稀释,浓度偏小,导致消耗标准溶液的体积偏大,使测定结果偏大。 答案: % 大 12.(2019·广东揭阳模拟)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表: 金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH 物质 20℃时溶解性(H2O) Fe3+ 1.1 3.2 CaSO4 微溶 Fe2+ 5.8 8.8 NiF2 可溶 Al3+ 3.0 5.0 CaF2 难溶 Ni2+ 6.7 9.5 NiCO3 Ksp=9.60×10-6 (1)沉镍过程中,若c(Ni2+)=2.0mol·L-1,欲使100mL该滤液中的Ni2+沉淀完全[c(Ni2+)≤10-5mol·L-1],则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________g(保留小数点后1位有效数字)。 (2)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所示。 酸浸的最佳温度与时间分别为______________________。 解析: (1)根据NiCO3的Ksp,当Ni2+沉淀完全时,溶液中c(CO )= ≥ mol·L-1=0.96mol·L-1,此时溶液中n(Na2CO3)=0.96mol·L-1×0.1L=0.096mol,故需要加入Na2CO3固体的质量最少为(2.0mol·L-1×0.1L+0.096mol)×106g·mol-1≈31.4g。 (2)根据题图,酸浸的温度与时间分别为70℃、120min时,镍浸出率已较高,再升高温度,延长时间,镍浸出率变化不大,故酸浸的最佳温度与时间分别为70℃、120min。 答案: (1)31.4 (2)70℃、120min 13.(2019·江西上饶模拟)高纯硝酸锶Sr(NO3)2可用于制造信号灯、光学玻璃等。 工业级硝酸锶含硝酸钙、硝酸钡等杂质,提纯流程如下: 已知: ①“滤渣1”的成分为Ba(NO3)2、Sr(NO3)2; ②铬酸(H2CrO4)为弱酸。 为了测定“滤渣2”中BaCrO4的含量,进行以下实验: mg“滤渣2” 溶液 滴定终点时消耗VmLNa2S2O3溶液 (已知: I2+2S2O ===2I-+S4O ) (1)“滤渣2”中BaCrO4(摩尔质量为Mg·mol-1)的质量分数为________(用代数式表示)。 (2)若加入的HI溶液过量太多,测定结果会________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 解析: (1)酸性条件下BaCrO4与HI反应的离子方程式为2BaCrO4+6I-+16H+===2Cr3++3I2+8H2O+2Ba2+,结合反应I2+2S2O ===2I-+S4O ,设“滤渣2”中BaCrO4的质量分数为w,则有: 2BaCrO4~3I2~6S2O 2Mg 6mol mg×w cV×10-3mol 则w= ×100%= ×100%。 (2)若加入的HI溶液过量太多,部分HI被空气氧化,使测定结果偏高。 答案: (1) ×100% (2)偏高 14.(2018·全国卷Ⅲ,节选)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。 回答下列问题: (1)KIO3的化学名称是________。 (2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如图所示: “酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。 “逐Cl2”采用的方法是________________________。 “滤液”中的溶质主要是________。 “调pH”中发生反应的化学方程式为______________________________________。 解析: (1)KIO3的化学名称是碘酸钾。 (2)Cl2的溶解度随温度的升高而降低,所以可以用加热的方法来达到“逐Cl2”的目的;KH(IO3)2和KCl的分离可以根据溶解度的不同,采用结晶法分离,滤液中的溶质主要是KCl;要使KH(IO3)2转化为KIO3,可以加入KOH调节pH,发生反应: KH(IO3)2+KOH===2KIO3+H2O或HIO3+KOH===KIO3+H2O,从而避免引入新的杂质离子。 答案: (1)碘酸钾 (2)加热 KCl KH(IO3)2+KOH===2KIO3+H2O(或HIO3+KOH===KIO3+H2O) 15.Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备,工艺流程如下: 回答下列问题: (1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如图所示。 由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的实验条件为______________。 (2)“酸浸”后,钛主要以TiOCl 形式存在,写出相应反应的离子方程式______________________________。 (3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示: 温度/℃ 30 35 40 45 50 TiO2·xH2O 转化率/% 92 95 97 93 88 分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因: ____________________。 (4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为___________。 (5)若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02mol·L-1,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1,此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成? _______________________________________(列式计算)。 FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24。 (6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 ________________________________________________________________。 解析: (1)由图示可知,当铁浸出率为70%时,可以采用100℃、2h,也可采用90℃、5h。 (2)反应物有FeTiO3,由生成物有TiOCl 可知,反应物中还含有Cl-,生成物中还有Fe2+,注意酸性条件,用H+平衡电荷,配平。 (3)温度低,转化速率慢,单位时间内转化效率低;温度过高,H2O2分解,NH3挥发,导致转化速率慢。 注意: 取的是相同时间内的转化率。 (4)由化合物中所有元素化合价代数和为0,有15个O原子共22价,设-2价氧原子为x个,-1价氧原子则为(15-x)个,有-2x-(15-x)=-22,x=7,则-1价O原子共8个,即有4个过氧键。 (6)反应物为FePO4、Li2CO3、H2C2O4,生成物有LiFePO4,铁元素的化合价降低,则H2C2O4中碳元素的化合价升高,产物为CO2,配平。 答案: (1)100℃、2h或90℃、5h (2)FeTiO3+4H++4Cl-===Fe2++TiOCl +2H2O (3)低于40℃,TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过40℃,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降 (4)4 (5)Fe3+恰好沉淀完全时,c(PO )= mol·L-1=1.3×10-17mol·L-1,c3(Mg2+)·c2(PO )值为0.013×(1.3×10-17)2≈1.7×10-40<Ksp[Mg3(PO4)2],因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀 (6)2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 2LiFePO4+H2O↑+3CO2↑ 16.水泥是重要的建筑材料。 水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。 实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示: 回答下列问题: (1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。 加入硝酸的目的是____________________________,还可使用________代替硝酸。 (2)沉淀A的主要成分是________,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为__________________________________。 (3)加氨水过程中加热的目的是______________________________。 沉淀B的主要成分为________、________(填化学式)。 (4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应: MnO +H++H2C2O4―→Mn2++CO2+H2O。 实验中称取0.400g水泥样品,滴定时消耗了0.0500mol·L-1的KMnO4溶液36.00mL,则该水泥样品中钙的质量分数为________。 解析: (1)在分解水泥样品过程中加入硝酸是将分解产生的Fe2+氧化为Fe3+,便于后续沉淀处理;用H2O2溶液也能代替硝酸进行氧化处理。 (2)沉淀A是水泥中不溶于硝酸和盐酸的成分,所以A的主要成分为SiO2(或H2SiO3),SiO2(或H2SiO3)可与氢氟酸发生反应,此反应的方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HF===SiF4↑+3H2O)。 (3)在加氨水的过程中升高温度是为了加快反应速率,防止胶体生成,促进沉淀的生成;沉淀B是在pH为4~5时产生的沉淀,可知沉淀B的主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3。 (4)根据反应的氧化还原关系可知: 2MnO ~5H2C2O4,同时,Ca2+~H2C2O4,则样品中钙的质量分数为 ×100%=45.0%。 答案: (1)将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+ 双氧水 (2)SiO2(或H2SiO3) SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HF===SiF4↑+3H2O) (3)防止胶体生成,易沉淀分离 Fe(OH)3 Al(OH)3 (4)45.0% 17.重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。 制备流程如图所示: 回答下列问题: (1)步骤①的主要反应为FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+F
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