1、热点专攻15化学工艺流程综合题题型专项训练第44页1.(2019全国)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:回答下列问题:(1)在95 “溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为。(2)“滤渣1”的主要成分有。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+,可选用的化学试剂是。(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH+B(OH)4-,Ka=5.8110-10,可判断H3BO3是酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5
2、,目的是。(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2MgCO3沉淀的离子方程式为,母液经加热后可返回工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是。答案:(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱转化为H3BO3,促进析出(4)2Mg2+3CO32-+2H2OMg(OH)2MgCO3+2HCO3-或2Mg2+2CO32-+H2OMg(OH)2MgCO3+CO2溶浸高温焙烧解析:(1)由硼镁矿粉所含的元素及加入的硫酸铵溶液可知,该气体只能为氨气,碳酸氢铵与氨气反应的化学方程式为NH3+NH4HCO3(NH4)2CO3。(2)由流程图可知,
3、B元素最终以H3BO3的形式存在,Mg元素经沉镁后以Mg(OH)2MgCO3的形式存在,可分析出Fe、Al在沉镁后不会存在于母液中,因此“滤渣1”的主要成分为矿石中含有的SiO2、Fe2O3、Al2O3。可用KSCN溶液检验Fe3+的存在。(3)H3BO3在水中的解离为可逆过程,且1个H3BO3分子解离出1个H+,由此可知,H3BO3为一元弱酸;调节pH,增大H+浓度,使H3BO3+H2OH+B(OH)4-的平衡向左移动,有利于H3BO3的生成。(4)“沉镁”过程中的反应物有碳酸铵,生成物有Mg(OH)2MgCO3,根据原子个数守恒和电荷守恒可写出该反应的离子方程式为2Mg2+3CO32-+2
4、H2OMg(OH)2MgCO3+2HCO3-或2Mg2+2CO2-3+H2OMg(OH)2MgCO3+CO2。根据元素守恒,NH4+、SO42-存在于母液中,即母液中主要成分为硫酸铵,可返回“溶浸”工序循环使用。高温焙烧可使Mg(OH)2MgCO3分解生成MgO。2.(2019全国)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如下图所示。回答下列问题:相关金属离子c0(Mn+)=0.1 molL-1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的
5、pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9(1)“滤渣1”含有S和;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式。(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是。(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为6.0。(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是。(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是。(6)写出“沉锰”的离子方程式。(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分
6、别为+2、+3、+4。当x=y=13时,z=。答案:(1)SiO2(或不溶性硅酸盐)MnO2+MnS+2H2SO42MnSO4+S+2H2O(2)将Fe2+氧化为Fe3+(3)4.7(4)NiS和ZnS(5)F-与H+结合形成弱电解质HF,MgF2Mg2+2F-平衡向右移动(6)Mn2+2HCO3-MnCO3+CO2+H2O(7)13解析:本题为工艺流程图题,综合考查了陌生化学方程式和离子方程式的书写、pH调节、除杂、沉淀溶解平衡及化合价的简单计算等知识,综合性较强,难度中等。(1)加硫酸“溶浸”过程中MnO2将MnS中的S2-氧化为单质硫:MnO2+MnS+2H2SO42MnSO4+S+2H
7、2O。天然锰矿中含有的二氧化硅(或硅酸盐)不溶于稀硫酸,所以“滤渣1”为S和二氧化硅(或不溶性硅酸盐)。(2)“溶浸”时杂质Fe、Al、Mg、Zn、Ni等元素也都转化为相应的硫酸盐,其中铁元素部分以Fe2+存在,结合金属离子沉淀时的pH范围,加MnO2是将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,以方便后面将其转化为沉淀除去。(3)(5)结合题给表格中金属离子沉淀时的pH范围可知,加氨水“调pH”主要是沉淀Fe3+和Al3+滤渣2的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3,此时需控制的pH范围为4.76.0。而后面加Na2S完成的“除杂1”是沉淀Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分为ZnS和NiS。
8、加MnF2完成的“除杂2”是沉淀Mg2+,“滤渣4”的主要成分为MgF2。若沉淀Mg2+时溶液酸性较强,H+会与F-生成弱电解质HF,使平衡MgF2(s)Mg2+(aq)+2F-(aq)右移,则导致Mg2+沉淀不完全。(6)流程图中加NH4HCO3是为了沉淀Mn2+,产物为MnCO3,同时生成CO2和(NH4)2SO4、H2O。(7)根据化合物中元素化合价的代数和为0可列式计算:(+1)+(+2)13+(+3)13+(+4)z+(-2)2=0,解得z=13。3.(2019四川成都二模)NaH2PO2(次磷酸钠)易溶于水,水溶液近中性,具有强还原性,可用于化学镀银、镍、铬等。一种利用泥磷(含P4
9、和少量CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCl2等)为原料制备NaH2PO2H2O的工艺流程如下:已知P4与两种碱的反应主要有:.2Ca(OH)2+P4+4H2O2Ca(H2PO2)2+2H2,.4NaOH+P4+8H2O4NaH2PO2H2O+2H2,.4NaOH+P4+2H2O2Na2HPO3+2PH3,.NaH2PO2+NaOHNa2HPO3+H2。(1)已知H3PO2是一元中强酸,NaH2PO2是(填“正盐”或“酸式盐”)。(2)尾气中的PH3被NaClO溶液吸收可生成NaH2PO2,从吸收液中获得NaH2PO2H2O的操作为、过滤、洗涤和干燥。(3)用NiCl2、NaH2PO2溶液化
10、学镀Ni,同时生成H3PO4和氯化物的化学方程式为。(4)“反应”在温度和水量一定时,混合碱总物质的量与P4的物质的量之比n(碱)n(磷)与NaH2PO2产率的关系如图所示。当n(碱)n(磷)2.6时,NaH2PO2的产率随n(碱)n(磷)的增大而降低的可能原因是。(5)“滤渣2”的主要成分为(填化学式)。(6)“过滤2”的滤液须用Ag2SO4、Ba(OH)2及Na2S溶液除去其中Cl-及Fe2+等,其中加入的Ag2SO4溶液不宜过量太多,其主要原因是。(7)在工业上,可以用惰性电极电解NaH2PO2溶液制取磷酸,请写出其阳极反应式:。答案:(1)正盐(2)蒸发浓缩冷却结晶(3)2NiCl2+
11、NaH2PO2+2H2O2Ni+H3PO4+NaCl+3HCl(4)过量的碱将NaH2PO2转化为Na2HPO3(5)CaCO3和Al(OH)3(6)过量的Ag+会氧化H2PO2-(7)H2PO2-+2H2O-4e-H3PO4+3H+解析:(1)由于H3PO2是一元中强酸,则NaH2PO2是正盐。(2)根据题中所给信息,PH3与NaClO反应生成NaH2PO2和NaCl,从吸收液中获得NaH2PO2H2O的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。(3)根据题意,NiCl2中Ni转化成Ni单质,NaH2PO2为还原剂,P元素的化合价升高,NiCl2+NaH2PO2Ni+H3PO4+NaCl,
12、依据化合价升降法进行配平,即2NiCl2+NaH2PO22Ni+H3PO4+NaCl,产物为H3PO4,说明该溶液为酸性,利用原子守恒配平可得化学方程式:2NiCl2+NaH2PO2+2H2O2Ni+H3PO4+NaCl+3HCl。(4)n(碱)n(磷)2.6,说明碱过量,根据已知反应,H2PO2-与过量的NaOH反应转化成HPO32-,次磷酸钠的产率降低,因此NaH2PO2的产率随n(碱)n(磷)的增大而降低的可能的原因是过量的碱将NaH2PO2转化为Na2HPO3。(5)“调pH”除去Ca2+和Al3+,CO2与碱反应生成CO32-,CO32-与Ca2+反应生成CaCO3,Al3+转化成A
13、l(OH)3,因此“滤渣2”的成分是CaCO3和Al(OH)3。(6)NaH2PO2具有强还原性,Ag+具有强氧化性,因此加入Ag2SO4溶液不易过量的主要原因是过量Ag+会氧化H2PO2-。(7)因为次磷酸钠具有很强的还原性,所以阳极H2PO2-放电生成磷酸,则阳极反应为H2PO2-+2H2O-4e-H3PO4+3H+。4.(2019湖南衡阳二模)锂离子电池与传统电池相比,充电更快,功率密度更高,使用时间更长,在手机和笔记本电脑等便携式电子产品上广泛应用。工业上常以锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6,还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂,其中一种工艺流程如下:已知:部分金
14、属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH:氢氧化物开始沉淀pH完全沉淀pHFe(OH)32.73.7Al(OH)33.74.7Mg(OH)29.611.0Li2CO3的溶解度随温度变化如图所示:试回答下列问题:(1)酸浸时,为了提高浸取率可采取升高温度、粉碎矿石、搅拌、过滤后再次浸取等措施,还可通过来提高浸取率。(2)反应中应调节pH范围为,沉淀A的成分除H2SiO3、CaCO3、Al(OH)3外,还有。(3)反应的离子方程式为。(4)“操作”的名称为;洗涤Li2CO3沉淀要使用(填“热水”或“冷水”),理由是。答案:(1)延长浸取时间、增大浓度(2)4.79.6Fe(OH)3、CaSO4(3)M
15、g2+2OH-Mg(OH)2、Ca2+CO32-CaCO3(4)过滤热水Li2CO3在较高温度下溶解度小,用热水洗涤可减少Li2CO3的损耗解析:以锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6,还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂,加入过量硫酸溶解锂辉矿,加入碳酸钙除去过量的硫酸调节溶液pH,使铁离子和铝离子沉淀完全,过滤后加入氢氧化钙和碳酸钠沉淀镁离子和钙离子,过滤得到的溶液中主要含锂离子,蒸发浓缩,加入碳酸钠沉淀锂离子生成碳酸锂,过滤后加入盐酸溶解得到纯净的氯化锂溶液,加热蒸干得到氯化锂,电解熔融氯化锂得到金属锂。(1)酸浸时,为了提高浸取率可采取升高温度、粉碎矿石、搅拌、过滤后
16、再次浸取等,还可延长浸取时间、增大浓度,提高浸取效率。(2)反应中通过调节pH,可除去铁离子、铝离子,沉淀A中除含有H2SiO3、CaCO3、Al(OH)3外,还有Fe(OH)3、CaSO4,由表中数据可知调节pH应为4.79.6。(3)反应加入氢氧化钙和碳酸钠,用于除去镁离子、钙离子,离子方程式为Mg2+2OH-Mg(OH)2、Ca2+CO32-CaCO3。(4)操作用于分离固体和液体,为过滤操作,由图像可知洗涤Li2CO3沉淀要使用热水,可减少Li2CO3的损耗。5.(2019济南一模)工业上,从精制黑钨矿(FeWO4、MnWO4)中提取金属钨的一种流程如下图所示,该流程同时获取副产物Fe
17、2O3和MnCl2。已知:.过程中,钨的化合价均不变;.常温下钨酸难溶于水;.25 时,KspFe(OH)3=1.010-38,KspMn(OH)2=4.010-14。回答下列问题:(1)上述流程中的“滤渣1”除MnO2外还有,“气体”除水蒸气、HCl外还有(均填化学式)。(2)过程中MnWO4参与反应的化学方程式为;FeWO4参与的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为。(3)已知WO3(s)+3H2(g)W(s)+3H2O(g)H=a kJmol-1,WO3(s)WO3(g)H=b kJmol-1。写出WO3(g)与H2(g)反应生成W(s)的热化学方程式:。(4)过程在25 时调pH,至少
18、应调至(当离子浓度等于1.010-5 molL-1时,可认为其已沉淀完全)。(5)过程要获得MnCl2固体,在加热时必须同时采取的一项措施是。(6)钠钨青铜是一类特殊的非化学计量比化合物,其通式为NaxWO3,其中0x1,这类化合物具有特殊的物理化学性质,是一种低温超导体。应用惰性电极电解熔融的Na2WO4和WO2混合物可以制备钠钨青铜,写出WO42-在阴极上放电的电极反应式:。答案:(1)Fe2O3Cl2(2)2MnWO4+2Na2CO3+O22Na2WO4+2CO2+2MnO214(3)WO3(g)+3H2(g)W(s)+3H2O(g)H=(a-b) kJmol-1(4)3.0(5)通入氯
19、化氢气体,在氯化氢气氛中加热(6)WO42-+xe-WO3x-+O2-解析:(1)分析流程图可知“滤渣1”除MnO2外还有Fe2O3,“气体”除水蒸气、HCl外还有Cl2。(2)过程中MnWO4参与反应的化学方程式为2MnWO4+2Na2CO3+O22Na2WO4+2CO2+2MnO2;FeWO4参与的反应中氧化剂为氧气,Fe元素化合价由+2价升高到+3价,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为14。(3)已知:WO3(s)+3H2(g)W(s)+3H2O(g)H=akJmol-1WO3(s)WO3(g)H=bkJmol-1,根据盖斯定律:-可得WO3(g)+3H2(g)W(s)+3H2O(g)H=(a-b)kJmol-1。(4)25时,KspFe(OH)3=1.010-38,如完全生成氢氧化铁沉淀,则c(OH-)=31.010-381.010-5molL-1=1.010-11molL-1,则pH=3.0。(5)过程要获得MnCl2固体,应避免在加热时水解生成氢氧化锰,在加热时必须同时采取的一项措施是通入氯化氢气体,在氯化氢气氛中加热。(6)WO42-在阴极上放电,发生还原反应,电极反应式为WO42-+xe-WO3x-+O2-。
