1、工艺流程专练 (建议用时40分钟)1(2019全国卷)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离子，可选用的化学试剂是_。(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3H2OHB(OH)，Ka5.811010，可判断H3BO3是_酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_。(4)
2、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_。【解析】(1)在95 “溶浸”硼镁矿粉，产生的气体为NH3，其在“吸收”中发生的反应主要是氨气与碳酸氢铵的反应，故反应的化学方程式为NH4HCO3NH3= (NH4)2CO3。(2)用硫酸铵溶液溶浸过程中主要反应的物质为Mg2B2O5H2O，故溶浸后产生的滤渣1的主要成分是SiO2、Fe2O3、Al2O3，检验Fe3可选用的化学试剂是KSCN。(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3H2OHB(OH)可知，H3BO3是一元酸，根据其Ka值可以判断是弱酸，故H3
3、BO3是一元弱酸；根据流程图可知“过滤2”主要得到的是H3BO3，所以将溶液pH调节至3.5，由于H3BO3是一元弱酸，故主要目的是调节溶液至酸性，促进H3BO3析出。(4)“沉镁”过程主要是镁离子与碳酸铵发生的反应，故反应的离子方程式为2Mg23CO2H2O=Mg(OH)2MgCO32HCO或2Mg22COH2O= Mg(OH)2MgCO3CO2；由于在最后过程中铵根离子和硫酸根离子没有参与反应，所以在母液中主要含有上述两种离子，所以加热后对应的碳酸铵、二氧化碳等挥发，溶液中最终剩余的是硫酸铵，所以可以返回“溶浸”环节中继续使用；碱式碳酸镁高温煅烧之后会发生分解最终变成氧化镁。答案：(1)N
4、H4HCO3NH3=(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱转化为H3BO3，促进析出(4)2Mg23CO2H2O=Mg(OH)2MgCO32HCO(或2Mg22COH2O=Mg(OH)2MgCO3CO2)溶浸高温焙烧2以黄铁矿为原料制硫酸会产生大量的废渣，合理利用废渣可以减少环境污染，变废为宝。工业上利用废渣(含Fe2、Fe3的硫酸盐及少量CaO和MgO)制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，具体生产流程如下：注：铵黄铁矾的化学式为(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12。(1)在废渣溶解操作时，应选用_溶解(填字母)。A氨水B氢氧化钠
5、溶液C盐酸D硫酸(2)物质A是一种氧化剂，工业上最好选_ (供选择使用的有空气、Cl2、MnO2)，其理由是_。氧化过程中发生反应的离子方程式为_。(3)根据如图有关数据，你认为工业上氧化操作时应控制的条件(从温度、pH和氧化时间三方面说明)是_。(4)铵黄铁矾中可能混有的杂质有Fe(OH)3、_。铵黄铁矾与氨水反应的化学方程式为_。【解析】(1)该流程的目的是制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，不能引入杂质离子，不能选用盐酸，而氨水和NaOH溶液能沉淀Fe3和Fe2，也不能选用。(2)空气中的氧气在酸性条件下可将Fe2氧化为Fe3，空气易得，成本低，不产生污染，不引入杂质
6、，氧化过程离子方程式为4Fe2O24H=4Fe32H2O。(3)由图知，控制温度在80 、pH为1.5、氧化时间为4 h左右，Fe2的氧化率较高。(4)废渣溶解经氧化后溶液中存在Ca2、Mg2、Fe3，加氨水后，可能生成Mg(OH)2沉淀、Fe(OH)3沉淀，另外Ca(OH)2和CaSO4的溶解度较小，也可能析出。由流程图知，铵黄铁矾与氨水反应得(NH4)2SO4和Fe(OH)3。答案：(1)D(2)空气原料易得，成本低，不产生污染，不引入杂质4Fe2O24H=4Fe32H2O(3)温度控制在80 ，pH控制在1.5，氧化时间为4 h左右(4)Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaSO4(NH4
7、)2Fe6(SO4)4(OH)126NH3H2O=4(NH4)2SO46Fe(OH)33软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质，工业上用软锰矿制取MnSO4H2O的流程如下：已知：部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表金属阳离子Fe3Al3Mn2Mg2完全沉淀时的pH3.25.210.412.4温度高于27 时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。(1)“浸出”过程中MnO2转化为Mn2的离子方程式为_。(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是_。(3)第1步除杂中形成滤渣1的主要成分为_(填化学式)，调pH至56所加的试剂，可选择_(填
8、以下试剂的序号字母)。aCaObMgOcAl2O3d氨水(4)第2步除杂，主要是将Ca2、Mg2转化为相应氟化物沉淀除去，写出MnF2除去Mg2的离子反应方程式：_，该反应的平衡常数数值为_。(已知：MnF2的Ksp5.3103；CaF2的Ksp1.51010；MgF2的Ksp7.41011)(5)采用“趁热过滤”操作的原因是_。(6)取少量MnSO4H2O溶于水，配成溶液，测其pH发现该溶液显酸性，原因是_(用离子方程式表示)。【解析】(1)“浸出”过程中MnO2与SO2发生氧化还原反应，离子方程式为MnO2SO2=SOMn2。(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是将溶液中的Fe2氧化为Fe
9、3，以便于形成Fe(OH)3沉淀，过滤将沉淀除去。(3)第1步除杂时调整溶液的pH在56，可以使溶液中的Al3、Fe3分别形成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以形成滤渣1的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3；在调pH至56时，为了不引入新的杂质离子，所加的试剂应该可以与酸发生反应，可选择含有Ca2、Mg2的化合物CaO、MgO，a、b正确。(4)第2步除杂，主要是将Ca2、Mg2转化为相应的氟化物沉淀除去，MnF2除去Mg2的离子方程式是MnF2Mg2Mn2MgF2；该反应的平衡常数K7.2107。(5)由已知温度高于27 时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故采用“
10、趁热过滤”操作可以减少MnSO4H2O在水中的溶解，得到更多产品。(6)MnSO4是强酸弱碱盐，Mn2发生水解反应。答案：(1)MnO2SO2=SOMn2(2)将Fe2氧化为Fe3(3)Al(OH)3、Fe(OH)3ab(4)MnF2Mg2Mn2MgF27.2107(5)减少MnSO4H2O在水中的溶解，得到更多产品(6)Mn22H2OMn(OH)22H【加固训练拔高】氟化铬(CrF3)可用作毛织品防蛀剂、卤化催化剂、大理石硬化及着色剂。以铬云母矿石(含4.5%Cr2O3，还含Fe2O3、FeO、MgO、SiO2)为原料制备氟化铬的工艺流程如下：相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如表所示：氢氧
11、化物Fe(OH)3Mg(OH)2Cr(OH)3Fe(OH)2开始沉淀的pH2.38.84.97.5沉淀完全的pH4.110.46.89.7请回答下列问题：(1)Fe2O3、MgO、FeO、SiO2中属于碱性氧化物的有_种。(2)将铬云母矿石粉碎的目的是_。(3)滤渣1主要成分的用途是_。(写一种)(4)Cr2O3与稀硫酸反应的化学方程式为_。(5)第一次滴加氨水调节pH范围为_。(6)第二次滴加氨水调节pH为6.88.8的目的是_，Cr(OH)3与Al(OH)3一样具有两性，若第二次滴加的氨水改为NaOH溶液，生成的Cr(OH)3会部分溶解，写出Cr(OH3)溶解的离子方程式：_ _。(7)“
12、一系列操作”包括过滤、蒸发浓缩、_ _。(8)若取1 t该铬云母矿石制备氟化铬，整个流程损失1.2%的Cr，则制得CrF3的质量为_ kg。【解析】(1)Fe2O3、MgO、FeO、SiO2中属于碱性氧化物的有Fe2O3、MgO、FeO，共3种。(2)将铬云母矿石粉碎的目的是增大反应接触面积，提高浸取率。(3)滤渣1的主要成分是SiO2，SiO2可用于制备光导纤维、玻璃、电子工业的重要部件等。(4)Cr2O3与H2SO4反应的化学方程式为Cr2O33H2SO4=Cr2(SO4)33H2O。(5)根据流程图知，第一次滴加氨水沉淀的为Fe3，结合表中数据知，应调节的pH范围为4.1pH4.9。(6
13、)第二次滴加氨水调节pH为6.88.8的目的是使Cr3完全沉淀，Mg2不沉淀；Cr(OH)3与Al(OH)3类似具有两性，故该反应的离子方程式为Cr(OH)3OH=Cr(OH)或Cr(OH)3OH=CrO2H2O。(7)一系列操作包括过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(8)由原子守恒可得制得的CrF3的质量为2109 kg63.765 kg。答案：(1)3(2)增大接触面积，提高浸取率(3)制备光导纤维(或其他合理答案)(4)Cr2O33H2SO4=Cr2(SO4)33H2O(5)4.14.9(或4.1pH4.9)(6)使Cr3完全沉淀，Mg2不沉淀Cr(OH)3OH=Cr(OH)或Cr(OH)3OH=CrO2H2O(7)冷却结晶、过滤、洗涤、干燥(8)63.765
