专题08 工艺流程高考化学满分专练原卷版.docx
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专题08工艺流程高考化学满分专练原卷版
专题08工艺流程
1.硫酸锌可用于制造锌钡白、印染媒染剂等。
用锌白矿(主要成分为ZnO,还含有FeO、CuO、SiO2等杂质)制备ZnSO4·7H2O的流程如下。
已知:
Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10−38,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10−20
(1)“滤渣1”的主要成分是_______(填化学式)。
“酸浸”过程中,为了提高锌元素浸出速率,可采取的措施有:
①适当提高酸的浓度,②_______(填一种)。
(2)“氧化”过程中,发生氧化还原反应的离子方程式是_______。
(3)“沉淀”过程中,加入ZnO产生Fe(OH)3沉淀的原因是_______。
(4)加入适量ZnO固体,若只析出Fe(OH)3沉淀而未析出Cu(OH)2沉淀,且测得沉淀后的溶液中c(Fe3+)=4.0×10−14mol/L,此时溶液中c(Cu2+)的取值范围是_______mol/L。
(5)加入适量锌粉的作用是_______。
(6)由滤液得到ZnSO4•7H2O的操作依次为_______、_______、过滤、洗涤、干燥。
实验室中过滤操作需要使用的玻璃仪器有烧杯、_______、_______。
2.某工厂以重晶石(主要含BaSO4)为原料,生产“电子陶瓷工业支柱”——钛酸(BaTiO3)的工艺流程如下:
回答下列问题:
(l)为提高BaCO3的酸浸速率,可采取的措施为__(写出一条即可);常温下,TiCl4为液体且易水解,配制一定浓度的TiCl4溶液的方法是____。
(2)用Na2CO3溶液浸泡重晶石(假设杂质不与Na2CO3反应),能将BaSO4转化为BaCO3,此反应的平衡常数K=___(填写计算结果);若不考虑CO32-的水解,要使2.33gBaSO4恰好完全转化为BaCO3,则至少需要浓度为1.0mol·L-1Na2CO3溶液___mL。
(已知:
Ksp(BaSO4)=1.0×10-10、Ksp(BaCO3)=5.0×10-9)
(3)流程中“混合”溶液的钛元素在不同pH时主要以TiO(OH)+、TiOC2O4、TiO(C2O4)22-三种形式存在(变化曲线如右图所示)。
实际制备工艺中,先用氨水调节混合溶液的pH于2.8左右,再进行“沉淀”,其反应的离子方程式为____;图中曲线c对应钛的形式为____(填粒子符号)。
(4)流程中“滤液”的主要成分为____;隔绝空气煅烧草酸氧钛钡晶体得到钛酸钡粉体和气态产物,试写出反应的化学方程式:
____。
3.铜是人类最早使用的金属,在生产生活中应用及其广泛。
工业上以黄铜矿(主要成分FeCuS2)为原料制取金属铜,其主要工艺流程如图所示。
已知:
反应II的离子方程式:
Cu2++CuS+4Cl-=2[CuCl2]-+S
回答下列问题:
(1)FeCuS2中S的化合价____。
(2)反应I在隔绝空气、高温煅烧条件下进行,写出化学方程式____。
(3)为了反应I充分进行,工业上可采取的措施是____。
(4)反应III的离子方程式为____。
(5)向反应III后的溶液中加入稀硫酸的目的是____。
(6)该流程中,可循环利用的物质除CuCl2外,还有___(填化学式)。
(7)反应IV中,处理尾气SO2的方法,合理的是_____
A.高空排放
B.用BaCl2溶液吸收制备BaSO3
C.用氨水吸收后,再经氧化,制备(NH4)2SO4
D.用纯碱溶液吸收可生成Na2SO3(H2CO3:
Ka1=4.4×10-7,Ka2=4.7×10-11;H2SO3:
Ka1=1.2×102,Ka2=5.6×108)
(8)CuCl悬浊液中加入Na2S,发生的反应为2CuCl(s)+S2-(aq)
Cu2S(s)+2Cl-(aq)
该反应的平衡常数K=___[已知Ksp(CuCl)=a,Ksp(Cu2S)=b]
4.金属钼具有高强度、高熔点、耐磨抗腐性,用于制火箭、卫星的合金构件。
钼酸钠晶体(Na2MoO4•2H2O)是一种重要的金属缓蚀剂。
利用钼矿(主要成分MoS2,还含少量钙、镁等元素)为原料冶炼金属钼和钼酸钠晶体的主要流程图如下:
(1)Na2MoO4•2H2O中钼元素的价态为___,煅烧产生的尾气引起的环境危害主要是_______。
(2)用浓氨水溶解粗产品的离子方程式是_________,由图中信息可以判断MoO3是___氧化物。
(填“酸性”、“碱性”或“两性”)
(3)操作I是_____,操作Ⅱ所得的钼酸要水洗,检验钼酸是否洗涤干净的方法是____。
(4)采用NaClO氧化钼矿的方法将矿石中的钼浸出,该过程放热。
①请配平以下化学反应:
___NaClO+___MoS2+___NaOH→___Na2MoO4+___Na2SO4+___NaCl+___H2O。
②钼的浸出率随着温度变化如图,当温度高于50℃后浸出率降低的可能原因是______(写一点)。
(5)锂和MoS2可充电电池的工作原理为xLi+nMoS2
Lix(MoS2)n,则电池充电时阳极上的电极反应式为______。
5.锆(
)是现代工业的重要金属原料,具有良好的可塑性,抗蚀性能超过钛。
以锆英石(主要成分是
,还含有少量
等杂质)为原料生产锆及其化合物的流程如图所示
(1)写出
的电子式____________________。
(2)高温气化过程中,不考虑损失,发现分馏后得到的
质量通常比由纯
发生的反应得到的
质量大,用化学方程式来解释原因_________________________。
(3)高温气化后的固体残渣除碳外,还有
和
,加水浸取得氯化铁溶液,过滤,从滤渣中分离出碳和
两种固体的方法是____________________。
(4)写出上述流程中
与水反应的化学方程式:
____________________________。
(5)已知氧化锆(
)是一种两性氧化物,与氢氧化钠共熔融可形成酸盐,请写出化学方程式_________________________________________。
(6)工业上可用钾还原
时制得金属
,
被还原时生成的钾盐的物质的量为_________________。
(7)已知
,
。
下列说法正确的是__________
A.
,电解质溶液的
与
之和均为14
B.用盐酸滴定某浓度的
溶液,滴定过程中
逐渐增大
C.
溶液中逐滴加入硫酸溶液,滴加过程中
逐渐减小
D.某温度下
,则其溶液中
6.利用酸解法制钛白粉产生的废液[含有大量的FeSO4、H2SO4和少量的Fe2(SO4)3、TiOSO4]生产铁红和补血剂乳酸亚铁的工艺流程如图所示:
已知:
TiOSO4可溶于水,在水中可以电离为TiO2+和SO42-,TiO2+水解成TiO2·xH2O沉淀为可逆反应;乳酸结构简式为CH3CH(OH)COOH。
回答下列问题:
(1)TiOSO4中钛元素的化合价是____________,步骤①中分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是___________。
(2)滤渣的主要成分为TiO2·xH2O,结合离子方程式解释得到滤渣的原因:
________。
(3)从硫酸亚铁溶液中得到硫酸亚铁晶体的操作方法是____________________;硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫,该反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为______。
(4)步骤④中发生反应的离子方程式为______________________。
(5)步骤⑥必须控制一定的真空度,原因是有利于蒸发水以及____________________。
(6)实验室中检验溶液B中主要阳离子的方法是______________________。
7.用含钴废料(主要成分为Co,含有一定量的NiO、Al2O3、Fe、SiO2等)制备草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)的工业流程如下图.己知:
①草酸钴晶体难溶于水②RH为有机物(难电离)。
请回答下列问题:
(1)滤渣I的主要成分是_____(填化学式),写出一种能提高酸浸速率的措施_______。
(2)操作①用到的玻璃仪器有_______________。
(3)H2O2是一种绿色氧化剂,写出加入H2O2后发生反应的离子方程式:
_______________。
(4)加入氧化钴的目的是调节溶液的pH.若要将浸出液中Fe3+和Al3+全部沉淀,则应将浸出液的PH控制在_______。
(已知:
溶液中离子浓度小于1×10-5mol/L,则认为离子完全沉淀;Ni(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3的Ksp分别为1×10-15,1×10-38,1×10-32)
(5)加入(NH4)2C2O4反应的离子方程式为________,过滤得到的草酸钴晶体需要用蒸馏水洗涤,检验是否洗涤干净的方法是____________。
(6)加入有机萃取剂的目的是__________。
实验室可以用酸性KMnO4标准液滴定草酸根离子(C2O42-)来测定溶液中C2O42-的浓度,KMnO4标准溶液常用硫酸酸化,若用盐酸酸化,会使测定结果______(填“偏高”、“偏低”或“无影响”).
8.钴酸锂(LiCoO2)是锂离子电池的一种重要正极材料。
可利用湿法冶金工艺处理精选后的锂离子电池正极材料(LiCoO2、乙炔黑)重新制备高纯度LiCoO2,其流程如下。
(已知:
LiCoO2难溶于水,Li2CO3微溶于水、难溶于醇,CoCO3难溶于水和醇)
(l)H2O2的作用是____。
(2)“浸取”时若加入盐酸,Cl-被LiCoO2氧化产生Cl2。
请写出该反应的离子方程式____。
(3)向含Co2+、Li+溶液中加入乙醇的作用___,滤渣b的主要成分是____(填化学式)。
(4)在空气中“煅烧”时发生的总化学方程式为___。
(5)可用碘量法来测定产品中钴的含量。
取mg样品溶于稀硫酸,加入过量KI,以淀粉为指示剂,用cmol/LNa2S2O3标准溶液进行滴定,达到滴定终点时,消耗Na2S2O3标准溶液VmL,则产品中钴的含量为____(以Co2O3计)。
有关反应:
LiCoO2+4H+=Li++Co3++2H2O,2Co3++2I-=2Co2++I2,I2+2S2O32-=S4O62-+2I-
9.PbCO3可用于油漆、陶瓷和玻璃等工业。
由方铅矿(主要成分为PbS,含有杂质FeS等)和软锰矿(主要成分为MnO2)制备PbCO3的流程如下:
已知:
PbCl2难溶于冷水和乙醇,易溶于热水;各物质的溶度积见下表。
试回答下列问题:
物质
Mn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
PbCl2
PbS
PbCO3
Ksp
2×10-13
8.0×10-16
1×10-38
1.6×10-5
8.0×10-28
7.4×10-14
(1)PbCO3的名称是________。
(2)步骤①中MnO2的作用是________,根据下图分析①的最佳反应条件是________。
(3)步骤②趁热抽滤的原因是___________________。
(4)步骤③洗涤用的试剂是____________。
(5)将滤液Y先酸化,然后加入MnO2,反应的离子方程式为__________;若反应后c(Mn2+)=0.2mol/L,进一步调节溶液的pH可分离Fe3+和Mn2+,溶液所调的pH范围为_______[c(Fe3+)≤1×10-5mol/L时表示Fe3+已沉淀完全]。
(6)步骤④反应的离子方程式为______________。
(7)样品PbCO3中有少量PbCl2杂质,提纯的实验方案是________。
10.工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示:
已知:
①菱锰矿的主要成分是MnCO3,其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。
②Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2,Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。
③焙烧过程中主要反应为MnCO3+2NH4Cl
MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。
(1)结合图1、2、3,分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、m(NH4Cl)/m(菱锰矿粉)分别为____________、____________、____________。
(2)对浸出液净化除杂时,需先加入MnO2将Fe2+转化为Fe3+,再调节溶液pH的范围__,将Fe3+和Al3+变为沉淀而除去,然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为氟化物沉淀除去。
(3)“碳化结晶”步骤中,加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为____。
(4)上述流程中可循环使用的物质是________。
(5)现用滴定法测定浸出液中Mn2+的含量。
实验步骤:
称取1.000g试样,向其中加入稍过量的磷酸和硝酸,加热使反应2Mn2++NO3-+4PO43-+2H+
2[Mn(PO4)2]3-+NO2-+H2O充分进行并除去多余的硝酸;加入稍过量的硫酸铵,发生反应NO2-+NH4+===N2↑+2H2O以除去NO2-;加入稀硫酸酸化,用2.00mol·L-110.00mL硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定,发生的反应为[Mn(PO4)2]3-+Fe2+===Mn2++Fe3++2PO43-;用0.10mol·L-110.00mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2+。
①酸性K2Cr2O7溶液与Fe2+反应(还原产物是Cr3+)的离子方程式为___________。
②试样中锰的质量分数为________。
11.六水合高氯酸铜[Cu(ClO4)2·6H2O]是一种易溶于水的蓝色晶体,常用作助燃剂。
以食盐等为原料制备高氯酸铜晶体的一种工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)Cu2(OH)2CO3在物质类别上属于__________(填序号)。
A.碱B.盐C.碱性氧化物
(2)发生“电解I”时所用的是__________(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
(3)歧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。
该反应的化学方程式为___________________。
(4)“电解II”的阳极产物为____________(填离子符号)。
(5)操作a的名称是______,该流程中可循环利用的物质是____________(填化学式)。
(6)“反应II”的离子方程式为___________________。
12.以红土镍矿(主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等)为原料,获取净水剂黄钠铁矾[NaFe(SO4)2(OH)6]和纳米镍粉的部分工艺流程如下:
(1)“酸浸”过程,为提高铁和镍元素的浸出率,可采取的措施有___________(写出两种)。
(2)“过滤Ⅰ”滤渣的主要成分是______。
(3)“氧化”过程欲使0.3molFe2+转变为Fe3+,则需氧化剂NaClO至少为________mol。
(4)“沉铁”过程中加入碳酸钠调节浴液的pH至2,生成黃钠铁矾沉淀,写出该反应的化学方程式______。
若碳酸钠过多会导致生成的沉淀由黄钠铁矾转变为_____(填化学式)。
(5)向“过滤Ⅱ”所得滤液(富含Ni2+)中加入N2H4·H2O,在不同浓度的氢氧化钠溶液中反应,含镍产物的XRD图谱如下图所示(XRD图谱可用于判断某晶态物质是否存在,不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。
欲制得高纯纳米镍粉最适宜的NaOH的物质的量浓度为_____。
写出该条件下制备纳米镍粉同时生成N2的离子方程式_____。
(6)高铁酸盐也是一种优良的含铁净水剂,J.C.Poggendor早在1841年利用纯铁作电极插入浓的NaOH溶液电解制得Na2FeO4,阳极生成FeO42-的电极反应式为______;Deininger等对其进行改进,在阴、阳电极间设置阳离子交换膜,有效提高了产率,阳离子交换膜的作用是_______。
13.某兴趣小组以废铁屑制得硫酸亚铁铵后,按下列流程制备二水合草酸亚铁(
),进一步制备高纯度还原铁粉。
已知:
难溶于水;
是二元弱酸,溶于水。
(1)步骤②中H2C2O4稍过量的目的是:
_____________________;
(2)步骤②中得到FeC2O4.2H2O的离子反应方程式为:
_________________________。
(3)实现步骤④,必须在______(填仪器名称)中进行,该步骤发生的化学反应方程式为:
______________
(4)为实现步骤⑤,不宜用碳粉直接还原Fe2O3,理由是________________________。
(5)若将固体
放在一个可称出质量的容器内加热,
(Mr=180)首先逐步失去结晶水,温度继续升高时.
(Mr=144)会逐渐转变为铁的各种氧化物。
称取18.00g
,持续加热,剩余固体的质量随温度变化的部分数据如下表(其中450℃以前是隔绝空气加热,450℃以后是在空气中加热):
温度/℃
25
150
300
350
400
450
500
600
700
800
固体质量/g
18.00
16.20
14.40
14.40
7.20
7.20
8.00
8.00
7.73
7.73
根据上述数据计算并推断:
150℃剩余的固体物质是________________(填化学式,下同);800℃剩余的固体物质是________________。
14.五氧化二钒及其他钒的化合物广泛应用于钢铁、有色合金、化工、炼油、玻璃及陶瓷等工业部门。
可从含钒石煤灰渣中提钒,该试验工艺流程如下图:
表1灰渣主要化学成分分析/%
V2O3
SiO2
Fe2O3
Al2O3
MgO
K2O
CaO
烧失量
1.26
55.71
6.34
7.54
1.26
3.19
1.41
20.55
表2中间盐主要成分分析/%(以氧化物形式表示其含量)
V2O3
Al2O3
Fe2O3
MgO
K2O
5.92
1.70
18.63
2.11
3.38
已知:
①石煤灰渣的化学成分分析见表1,中间盐的主要成分分析见表2。
②矿物焙烧过程中,若温度过高,易发生烧结,温度越高,烧结现象越严重。
③萃取反应可以表示为:
VO2++(HR2)PO4(o)→VO[R2PO4]R(o)+H+,(o)表示有机相
④有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V02+要强。
请回答:
(1)提高浸取率的方法有____________,残渣的主要成分为_______________________,
(2)经几级萃取后,有时候要适当加酸调整pH值,结合萃取反应方程式,说明原因_____________。
反萃取操作应加入_____________试剂。
(3)中间盐溶解过程中,加铁粉的主要目的是_____________________。
(4)石煤中的钒以V(Ⅲ)为主,有部分V(Ⅳ),很少见V(Ⅴ)。
如图1和如图2分别为焙烧温度和焙烧时间对钒浸出率的影响,由如图2可得最佳焙烧时间为______________h,由如图1可得最佳焙烧温度为800-850℃之间,焙烧温度在850℃以下时,钒浸出率随焙烧温度的上升几乎直线上升的原因是_________________________,当焙烧温度高超过850℃以后,再提高温度,浸出率反而下降的可能原因是:
_________________________。
(5)反萃取液中的VO2+,加入氯酸钠后被氧化为VO2+,请写出该反应的离子方程式______________。
然后用氨水调节pH到1.9~2.2沉钒,得多钒酸铵沉淀(化学式为(NH4)2V12O31·nH2O),再经固液分离、干燥、焙烧得五氧化二钒产品,请写出此步反应的化学方程式____________________________。
15.碱性锌锰电池的工作原理:
Zn+2MnO2+2H2O
2MnO(OH)+Zn(OH)2,其中的电解质溶液是KOH溶液。
某课题组用废旧铁壳无汞碱性锌锰电池为原料,制备一种新型材料——MnxZn(1−x)Fe2O4,其工艺流程如图所示:
(1)已知MnxZn(1−x)Fe2O4中锰元素的化合价与实验室用二氧化锰制
取氯气时还原产物中的锰相同,则铁元素的化合价为___________。
(2)“溶渣”工序中稀硫酸与铁反应生成的硫酸亚铁可将+3价锰的化合物全部还原成Mn2+,写出该反应的离子方程式:
_________________________________。
(3)“调铁”工序的目的是调整滤液中铁离子的总浓度,使其中金属元素的物质的量之比与产品的化学式MnxZn(1−x)Fe2O4相符合。
①写出“调铁”工序中发生反应的离子方程式:
______________________、_______。
②若测得滤液的成分为c(Mn2+)+c(
Zn2+)=amol·L−1,c(Fe2+)+c(Fe3+)=bmol·L−1,滤液体积为1m3,“调铁”工序中,需加入的铁粉质量为__________
_kg(忽略溶液体积变化,用含a、b的代数式表示)。
(4)在“氧化”工序中,加入双氧水的目的是把Fe2+氧化为Fe3+;生产过程中发现实际消耗双氧水的量大于理论值,其可能原因除温度外,主要是______________________。
(5)用氨水“调pH”后,经“结晶”、“过滤”可得到产品和滤液C,从滤液C中还可分离出一种氮肥,该氮肥的溶液中离子浓度由大到小的排序为_______________。
16.碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂。
工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如下:
已知:
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
Al(OH)3
开始沉淀
2.3
7.5
3.4
完全沉淀
3.2
9.7
4.4
回答下列问题:
(1)加入少量NaHCO3的目的是调节pH在_____________________范围内。
(2)反应Ⅱ中加入NaNO2的目的是氧化亚铁离子,写出该反应的离子方程式为_____________________________________________________________。
(3)碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe(OH)2+离子可部分水解生成Fe2(OH)42+聚合离子,该水解反应的离子方程式为_________________________________。
(4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。
根据我国质量标准,产品中不得含有Fe2+及NO3-。
为检验所得产品中是否含有Fe2+,应使用的试剂为_________。
A.氯水B.KSCN溶液C.NaOH溶液D.酸性KMnO4溶液
(5)为测定含Fe2+和Fe3+溶液中铁元素的总含量,实验操作如下:
准确量取20.00mL溶液于带塞锥形瓶中,加入足量H2O2,调节pH<2,加热除去过量H2O2;加入过量KI充分反应后,再用0.1000mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液
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