1、第6课时无机化工流程题解题指导课时集训测控导航表知识点题号以物质制备为目的的工艺流程4,5以分离提纯为目的的工艺流程1,2,3非选择题1.利用氯碱工业中的固体废物盐泥主要成分为 Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4,还含有少量NaCl、Al(OH)3、Fe(OH)3、Mn(OH)2等与废稀硫酸反应制备七水硫酸镁,既处理了三废,又有经济效益。其工艺流程如图1所示:已知:.部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表所示。沉淀物Mn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2pH(完全沉淀)10.028.963.204.7011.12.两种盐的溶解度随温度的变化(单位为
2、g/100 g水)如图2所示。根据图1并参考表格pH数据和图2,请回答下列问题。(1)在酸解过程中,加入的酸为,加快酸解速率可采取的措施有 。(2)加入的NaClO可与Mn2+反应产生MnO2沉淀,该反应的离子方程式是 。(3)本工艺流程多次用到抽滤操作,优点是 。抽滤所得滤渣A的成分为和CaSO4;抽滤所得滤渣B的成分为MnO2、和;抽滤所得滤液D中主要阳离子的检验方法是 。(4)依据图2,操作M应采取的方法是适当浓缩,。(5)每生产1吨MgSO47H2O,需要消耗盐泥2吨。若原料利用率为70%,则盐泥中镁(以氢氧化镁计)的质量分数约为 。解析:(1)因制备的物质为七水硫酸镁,为不引入其他杂
3、质,故应加入硫酸溶解盐泥,为加快酸解速率,可采取升温、搅拌、粉碎盐泥等措施。(2)根据得失电子守恒、元素守恒及电荷守恒,可配平离子方程式为Mn2+ClO-+H2OMnO2+2H+Cl-。(3)抽滤又称减压过滤,过滤时速度快,得到的固体较干燥;根据盐泥的成分可知,盐泥用硫酸溶解、抽滤后得到的滤渣A为BaSO4和CaSO4;根据表中数据可知,当调节滤液A的pH为56时,Al3+和Fe3+可分别水解生成Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀;滤液D中的阳离子主要为Na+,其灼烧时火焰颜色为黄色,可用焰色反应进行检验。(4)根据题图2可知,MgSO47H2O在温度高时溶解度较大,低温时易结晶析出,故操作M
4、为将滤液B适当浓缩,趁热过滤。(5)设 2吨盐泥中含Mg(OH)2的质量为x g,MgSO47H2O的质量为1吨,即106 g,由MgSO47H2OMg(OH)2得x=,该盐泥中镁(以氢氧化镁计)的质量分数为100%,代入x的数值可得其质量分数约为16.8%。答案:(1)硫酸升温、把盐泥粉碎、搅拌等(2)Mn2+ClO-+H2OMnO2+2H+Cl-(3)速度快BaSO4Fe(OH)3Al(OH)3焰色反应(4)趁热过滤(5)16.8%2.明矾KAl(SO4)212H2O在生产、生活中有广泛用途:饮用水的净化、食品工业的发酵剂等。利用炼铝厂的废料铝灰(含Al、Al2O3及少量SiO2和FeOx
5、Fe2O3)可制备明矾。工艺流程如下。回答下列问题:(1)明矾净水的原理是(用离子方程式表示)。(2)操作是,操作是蒸发浓缩、过滤、干燥。(3)检验滤液A中是否存在Fe2+的试剂是(只用一种试剂)。(4)将铝灰投入氢氧化钠溶液中生成气体的化学方程式是,在滤液A中加入高锰酸钾发生反应的离子方程式为(该条件下Mn转化为Mn2+): 。(5)已知:在pH=3、加热条件下,Mn可与Mn2+反应生成MnO2,加入MnSO4发生反应的离子方程式为.。滤渣2含有的物质是。解析:铝灰(含Al、Al2O3及少量SiO2和FeOxFe2O3),加入过量稀硫酸酸浸过滤,滤液为硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁,滤渣1为二氧化
6、硅,滤液A中加入稍过量高锰酸钾溶液氧化亚铁离子为铁离子,调节溶液pH使铁离子全部沉淀,铝离子不沉淀,加入适量硫酸锰除去过量的高锰酸钾,过滤得到二氧化锰固体和氢氧化铁沉淀,滤液主要是硫酸铝溶液,加入硫酸钾蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铝钾晶体。(1)明矾净水是铝离子水解生成氢氧化铝,具有吸附悬浮杂质的作用,反应的离子方程式为Al3+3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+。(2)固体和液体分离需要用过滤操作,操作是过滤,操作是溶液中得到晶体的方法,利用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到明矾晶体。(3)检验亚铁离子用高锰酸钾溶液或铁氰化钾溶液,滴入高锰酸钾溶液紫红色褪去,或加入铁
7、氰化钾溶液会产生蓝色沉淀。(4)将铝灰投入氢氧化钠溶液中反应生成氢气、偏铝酸钠,反应的化学方程式是2Al+2NaOH+6H2O2NaAl(OH)4+3H2;酸性溶液中高锰酸钾溶液能氧化亚铁离子为铁离子,本身被还原为锰离子,反应的离子方程式为5Fe2+Mn+8H+5Fe3+Mn2+4H2O。(5)在pH=3、加热条件下,Mn可与Mn2+反应生成MnO2,加入MnSO4,发生反应,反应的离子方程式为3Mn2+2Mn+2H2O5MnO2+4H+;过滤得到反应中生成的难溶的二氧化锰沉淀和得到的氢氧化铁沉淀。答案:(1)Al3+3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+(2)过滤冷却结晶洗涤(3)酸性高锰酸
8、钾溶液(或铁氰化钾溶液)(4)2Al+2NaOH+6H2O2NaAl(OH)4+3H25Fe2+Mn+8H+5Fe3+Mn2+4H2O(5)3Mn2+2Mn+2H2O5MnO2+4H+MnO2、Fe(OH)33.从废旧锂离子二次电池(主要成分为LiCoO2,还含有少量石墨和镀镍金属钢壳、铝箔以及钙等杂质)中回收钴和锂的工艺流程如下:回答下列问题:(1)“碱浸”的目的是 。(2)“酸浸”过程中LiCoO2发生反应的离子方程式为 。浸渣中含有的主要成分是 。(3)“萃取净化”除去的杂质离子有Ni2+外,还有 。(4)“萃取分离”中钴、锂萃取率与平衡pH关系如图所示,pH一般选择5左右,理由是 。(
9、5)“沉锂”中Li2CO3溶解度随温度变化曲线如图所示:根据平衡原理分析Li2CO3在水中溶解度随温度变化的原因:.。为获得高纯Li2CO3,提纯操作依次为趁热过滤、烘干。若“沉锂”中c(Li+)=1.0 molL-1,加入等体积等浓度Na2CO3溶液,此时实验所得沉锂率为(已知Li2CO3的Ksp为9.010-4 mol3L-3)。解析:(1)“碱浸”的目的是用氢氧化钠溶液将其中的Al溶解。(2)LiCoO2中Co为+3价,最后生成的CoSO4中Co为+2价,所以酸浸这一步中,加入H2O2的目的是将+3价Co还原为+2价Co,所以反应的离子方程式为2LiCoO2+H2O2+6H+2Li+2C
10、o2+O2+4H2O。浸渣中主要是不与酸反应的石墨以及生成的硫酸钙沉淀。(3)整个提取的过程中需要除去的杂质是Ca、Fe、Al、Ni;在前面的步骤中已经除去了Al和Ca,所以萃取净化应该要除去Ni2+和Fe3+。(4)由图示在pH为5左右的时候,Co和Li的萃取率差异最大,此时分离的效果最好。(5)图中显示随着温度升高,碳酸锂的溶解度逐渐减小,所以该物质溶于水的过程是放热的。提纯的过程为趁热过滤、洗涤、烘干。c(Li+)=1.0 molL-1,加入等体积等浓度Na2CO3溶液,则碳酸钠的浓度也是1.0 molL-1,加入的瞬间溶液体积转化为原来的2倍,浓度都是原来的一半,即c(Li+)=c(C
11、)=0.5 molL-1,沉淀出碳酸锂,剩余 c(C)=0.25 molL-1,代入Ksp的计算式得到c(Li+)= molL-1=0.06 molL-1。因为两溶液混合的瞬间c(Li+)=0.5 molL-1,所以沉锂率为100%=88%。答案:(1)除去铝(2)2LiCoO2+H2O2+6H+2Li+2Co2+O2+4H2O石墨、硫酸钙(3)Fe3+(4)分离效果最好(5)Li2CO3溶解过程为放热反应洗涤88.0%4.钛白粉(TiO2)广泛应用于涂料、化妆品、食品以及医药等行业。利用黑钛矿石主要成分为(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5,含有少量Al2Ca(SiO4)2制备TiO2,工艺流
12、程如下。已知:TiOSO4易溶于水,在热水中易水解生成H2TiO3。回答下列问题:(1)(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5中钛元素的化合价为,实验“焙烧”所需的容器名称是,“滤渣”的主要成分是(填化学式)。(2)制取H2TiO3的化学方程式为 。(3)矿石粒度对TiO2的提取率影响如图,原因是 。(4)相关的金属难溶化合物在不同pH下的溶解度(S, molL-1)如图所示,步骤应该控制的pH范围是(填标号)。A.12B.23C.56D.1011(5)常用硫酸铁铵NH4Fe(SO4)2滴定法测定钛白粉的纯度,其步骤为:用足量酸溶解a g二氧化钛样品,用铝粉作还原剂,过滤、洗涤,将滤液定容为100
13、 mL,取 20.00 mL,以NH4SCN作指示剂,用标准硫酸铁铵溶液滴定至终点,反应原理为Ti3+Fe3+Ti4+Fe2+。滴定终点的现象为 。滴定终点时消耗b molL-1NH4Fe(SO4)2溶液 V mL,则TiO2纯度为(写表达式)。解析:(1)设Ti的化合价为+x,(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5中各元素化合价代数和等于0,(20.5+20.5)+2x-25=0,x=4;焙烧固体用坩埚;黑钛矿石主要成分为(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5,含有少量Al2Ca(SiO4)2加入NH4HSO4焙烧后,加水过滤,沉淀中含有CaSO4和 CaSiO3。(2)由TiOSO4水解制备H2T
14、iO3,反应方程式为TiOSO4+2H2OH2TiO3+H2SO4。(3)由图中变量结合影响反应的速率、转化率的因素,矿石粒度对TiO2的提取率影响的原因是矿石粒度越小,反应接触面积越大,反应速率越快。(4)由图可知金属难溶化合物在不同pH下的溶解度(S, molL-1),钛酸沉淀pH大于2,而氢氧化铝不沉淀,pH小于3,故步骤应该控制的pH范围是23。(5)铁离子过量时,反应结束,故终点现象为:当滴入最后一滴硫酸铁铵溶液时,溶液变成红色,且30 s内不变回原色;由TiO2Fe3+关系式,n(TiO2)=n(Fe3+)=5bV10-3 mol,TiO2纯度为100%=%。答案:(1)+4坩埚C
15、aSO4、CaSiO3(2)TiOSO4+2H2OH2TiO3+H2SO4(3)矿石粒度越小,反应接触面积越大,反应速率越快(4)B(5)当滴入最后一滴硫酸铁铵溶液时,溶液变成红色,且30 s内不变回原色%5.NaBiO3可作为测定锰的氧化剂,Bi2O3在电子行业有着广泛应用,可利用浮选过的辉铋矿(主要成分是Bi2S3,还含少量SiO2等杂质)来制备,工艺流程如下:已知:NaBiO3难溶于水。回答下列问题:(1)溶液中主要成分为BiCl3、FeCl2,则滤渣的主要成分是(写化学式)。(2)海绵状铋与盐酸、H2O2反应的化学方程式是 。(3)向溶液中加入NaOH和NaClO发生反应的离子方程式是
16、 ,从反应后的混合体系中获得纯净NaBiO3,操作包括。(4)一定温度下,向氨水中通入CO2,得到(NH4)2CO3、NH4HCO3等物质,溶液中各种微粒的物质的量分数与pH的关系如图所示。随着CO2的通入,溶液中将(填“增大”“减小”或“不变”)。pH=9时,溶液中c(N)+c(H+)=(用离子浓度表示)。(5)取所得NaBiO3样品2.0 g,加入稀硫酸和MnSO4溶液使其完全溶解,然后用新配制的0.5 molL-1FeSO4溶液滴定生成的Mn,滴定完成后消耗22.00 mL FeSO4溶液。则该样品中NaBiO3的纯度为。解析:(1)向辉铋矿中加入FeCl3、盐酸,得到的溶液中主要成分为
17、BiCl3、FeCl2,说明FeCl3转化为FeCl2,显然有氧化还原反应发生,Fe元素被还原,则S元素被氧化,故有单质硫生成,因此滤渣的主要成分有反应生成的S及不参与反应的SiO2。(2)溶液中主要成分为BiCl3、FeCl2,加入适量铁粉,置换出Bi,海绵状铋为Bi;向溶液中加入(NH4)2CO3后发生反应生成(BiO)2CO3,(BiO)2CO3中铋元素为+3价,故海绵状铋与盐酸、H2O2反应生成BiCl3,化学方程式为2Bi+3H2O2+6HCl2BiCl3+6H2O。(3)溶液的主要成分为BiCl3,向其中加入NaOH和NaClO后反应生成NaBiO3,Bi3+NaBiO3,ClO-
18、Cl-,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平离子方程式为Na+Bi3+ClO-+4OH-NaBiO3+Cl-+2H2O。从反应后的混合体系中获得纯净NaBiO3,操作为过滤、洗涤、干燥。(4)NH3H2O 的电离常数Kb=,则=,一定温度下,Kb(NH3H2O)不变,随着CO2的不断通入,pH逐渐减小,根据题图可知,该过程中c(N)逐渐增大,故减小,即减小。结合题图知pH=9时,溶液中的阳离子有N、H+,阴离子有C、HC、NH2COO-、OH-,根据电荷守恒得,c(N)+c(H+)=2c(C)+c(HC)+c(NH2COO-)+c(OH-)。(5)根据题述信息可知,滴定原理为5NaBiO3
19、+2Mn2+14H+5Bi3+5Na+2Mn+7H2O、Mn+5Fe2+8H+Mn2+5Fe3+4H2O,可得关系式:5NaBiO32Mn2+2Mn10Fe2+,即NaBiO32Fe2+,则n(NaBiO3)=n(FeSO4)=0.5 molL-10.022 L=0.005 5 mol,故该样品中NaBiO3的纯度为100%=77%。答案:(1)SiO2、S(2)2Bi+3H2O2+6HCl2BiCl3+6H2O(3)Na+Bi3+ClO-+4OH-NaBiO3+Cl-+2H2O过滤、洗涤、干燥(4)减小2c(C)+c(HC)+c(NH2COO-)+c(OH-)(5)77%教师备用1 如图是工
20、业上以制作印刷电路的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)生产CuCl的流程:已知:CuCl是一种白色粉末,微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸,在空气中迅速被氧化为绿色,见光分解变成褐色。请回答下列问题:(1)流程中的滤渣与Y反应和X与Y反应相比,单位时间内得到的气体多,其原因为 。(2)滤液需要加过量Z,检验Z过量的方法是 。(3)写出生成CuCl的离子方程式: 。(4)为了提高CuCl产品的纯度,流程中的“过滤”操作适宜用下列装置图中的(填字母),过滤后,洗涤CuCl的试剂宜选用(填“无水乙醇”或“稀硫酸”)。(5)CuCl加入饱和NaCl溶液中会部分溶解生成CuC,在一定温度下建立两个
21、平衡:.CuCl(s)Cu+(aq)+Cl-(aq)Ksp=1.410-6 mol2L-2.CuCl(s)+Cl-(aq)CuC(aq)K=0.35分析c(Cu+)、c(CuC)和Ksp、K的数学关系,在图中画出c(Cu+)、c(CuC)的关系曲线(要求至少标出一个坐标点)。(6)氯化亚铜的定量分析:称取样品0.25 g于250 mL锥形瓶中,加入10 mL过量的FeCl3溶液,不断摇动;待样品溶解后,加入20 mL蒸馏水和2滴指示剂;立即用0.100 0 molL-1硫酸铈标准溶液滴定至绿色为终点;重复三次,消耗硫酸铈溶液的平均体积为24.30 mL。上述相应化学反应为CuCl+FeCl3C
22、uCl2+FeCl2、Fe2+Ce4+Fe3+Ce3+,则样品中CuCl的纯度为(保留三位有效数字)。解析:(1)流程中的滤渣与Y反应和X与Y反应相比,单位时间内得到的气体多,说明反应速率快,因为滤渣中有铁和铜单质,与盐酸反应时能形成无数微小的原电池,极大地加快了反应速率。(2)检验溶液中通入的氯气已过量,可取溶液少量,加入KBr溶液少量和四氯化碳,若下层液体呈橙色,说明氯气已过量。(3)根据流程图可知,SO2、CuSO4、CuCl2反应生成H2SO4、CuCl,因此离子方程式为2Cu2+2Cl-+SO2+2H2O2CuCl+S+4H+。(4)生产中为了提高CuCl产品的质量,尽可能减少CuC
23、l被空气中氧气氧化,宜采用抽滤法快速过滤,所以过滤装置选择B项。洗涤CuCl宜选用无水乙醇,因为CuCl不溶于乙醇,洗涤时可减少CuCl的溶解损失,而且后续干燥中易除去乙醇;不选用稀硫酸,虽然CuCl不溶于稀硫酸,但用稀硫酸洗涤,会给CuCl表面带来少量的H+和S杂质。(5)据反应式CuCl(s)+Cl-(aq)CuC(aq)得,K=,将分子、分母同乘以c(Cu+)得:K=,将K和Ksp的数据代入得c(CuC)c(Cu+)=1.410-60.35 mol2L-2=4.910-7 mol2L-2。取其中(0.7,0.7)作为一个坐标点,图像示意如下:(6)根据题给的相应化学反应CuCl+FeCl
24、3CuCl2+FeCl2、Fe2+Ce4+Fe3+Ce3+,可得CuCl和Ce4+的反应配比是11,所以可得CuCl的纯度:100%96.7%。答案:(1)滤渣中有铁和铜,与盐酸反应时形成无数微小的原电池,极大地加快了反应速率(2)取溶液少量,加入KBr溶液少量和四氯化碳,若下层液体呈橙色,说明氯气已过量(其他合理答案均可)(3)2Cu2+2Cl-+SO2+2H2O2CuCl+S+4H+(4)B无水乙醇(5)(6)96.7%教师备用2 磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:磷精矿磷精矿粉已知:磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有 Ca5(PO4)3 F和有机碳等。溶解度:Ca5(
25、PO4)3(OH)”或“”)。结合元素周期律解释中结论:P和S电子层数相同, 。(3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。写出生成HF的化学方程式: 。(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 后脱除率变化的原因: 。(5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有S残留,原因是;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是 。(6)取a g所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用b molL-1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO
26、4,消耗NaOH溶液c mL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是。(已知:H3PO4摩尔质量为98 gmol-1)解析:(1)可通过增大接触面积和升高温度等措施加快反应速率。通过题给流程可知,能够加快反应速率的措施有研磨和加热。(2)由强酸制弱酸规律可知,硫酸的酸性强于磷酸的酸性。根据两者电子层数相同,可判断两者处于同一周期,且S在P的右侧,核电荷数PS,得电子能力PS,非金属性PS,根据非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强的规律可知,硫酸的酸性强于磷酸的酸性。(3)已知反应物为Ca5(PO4)3F和H2SO4,生成物为CaSO40.5H2O、H3PO4和HF,再根据原子个数守恒可写
27、出该反应的化学方程式:2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O10CaSO40.5H2O+6H3PO4+2HF。(4)由题意可知,H2O2在氧化有机碳时,自身也会发生分解,且分解速率随温度的升高而加快,因此80 后脱除率降低。(5)硫酸钙是微溶物,存在溶解平衡,因此反应后的溶液中仍含有S。由题给信息可知,反应物为BaCO3、S和H3PO4,生成物为BaSO4、CO2、H2P和水,由此可写出该反应的离子方程式:BaCO3+S+2H3PO4BaSO4+CO2+H2O+2H2P。(6)由题意知,消耗氢氧化钠的物质的量为 mol,当生成Na2HPO4时,参加反应磷酸的物质的量为 mol,即磷酸的质量为 g,则磷酸的质量分数为=。答案:(1)研磨、加热(2)核电荷数PS,得电子能力PS,非金属性PS(3)2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O10CaSO40.5H2O+6H3PO4+2HF(4)80 后,H2O2分解速率大,浓度显著降低(5)CaSO4微溶BaCO3+S+2H3PO4BaSO4+CO2+H2O+2H2P(6)