1、非选择题规范练(四)无机化学工艺流程综合题(建议用时:45分钟)1硫酸锰在锰系产品中具有重要地位,一种由软锰矿(MnO2)和硫铁矿(FeS2)制备硫酸锰的流程如下:回答下列问题:(1)将软锰矿、硫铁矿和硫酸按一定比例放入反应釜中,搅拌,加热保温反应一定时间,其中搅拌、加热的目的是_;从“除质2”后的溶液中得到MnSO4固体的操作为_、降温结晶、过滤和干燥。(2)如图是在一定条件下,不同浓度的硫酸对各元素浸出率的影响,由此得出的相关结论是_;_。(3)除铁剂为H2SO5和氨水。H2SO5中S的化合价为6,其中过氧键的数目为_,加入其目的是_。写出Fe3生成沉淀黄铵铁矾NH4Fe3(SO4)2(O
2、H)6的离子方程式:_。2硼氢化钠(NaBH4)是有机合成中常用的还原剂。一种制备工艺如下(部分条件和产物省略):回答下列问题:(1)MgH2和NaBO2合成硼氢化钠的化学方程式为_。(2)难溶的Mg2B2O5与浓氢氧化钠溶液反应的离子方程式为_。(3)SOCl2溶于水能产生两种气体,其中一种气体能使品红溶液褪色,则灼烧时加入SOCl2的目的是_。(4)已知镁H2O2酸性燃料电池反应为MgH2O2H2SO4=MgSO42H2O。常温下,电解质溶液为200 mL 0.1 molL1硫酸溶液。写出正极的电极反应式:_。若电路转移0.038 mol电子时,溶液pH为_(忽略溶液体积变化,不考虑H2O
3、2电离)。(5)“有效氢含量”是衡量含氢还原剂的还原能力指标,定义为每克含氢还原剂的还原能力与多少克H2的还原能力相当。则NaBH4的“有效氢含量”为_(结果保留两位小数)。(6)工业上,也可以利用NaBO2、HCHO和生石灰在加热条件下制备NaBH4,并得到副产物CaCO3,该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为_。3(2020山东等级考模拟)普通立德粉(BaSO4ZnS)广泛用于工业生产中,可利用ZnSO4和BaS共沉淀法制备。以粗氧化锌(含Zn、CuO、FeO等杂质)和BaSO4为原料制备立德粉的流程如下:(1)生产ZnSO4的过程中,反应器要保持强制通风,原因是_。(2)加入锌粉的
4、主要目的是_(用离子方程式表示)。(3)已知KMnO4在酸性溶液中被还原为Mn2,在弱酸性、弱碱性溶液中被还原为MnO2,在碱性溶液中被还原为MnO。据流程判断,加入KMnO4时溶液的pH应调至_;a2.22.4 b5.25.4c12.212.4滤渣的成分为_。(4)制备BaS时,按物质的量之比计算,BaSO4和碳粉的投料比要大于12,目的是_;生产过程中会有少量氧气进入反应器,反应器中产生的尾气需用碱液吸收,原因是_。(5)普通立德粉(BaSO4ZnS)中ZnS含量为29.4%,高品质银印级立德粉中ZnS含量为62.5%。在ZnSO4、BaS、Na2SO4、Na2S中选取三种试剂制备银印级立
5、德粉,所选试剂为_,反应的化学方程式为_(已知BaSO4相对分子质量为233, ZnS相对分子质量为97)。4TiO2和CaTiO3都是光电转化材料,某研究小组利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量SiO2等杂质)来制备,并利用黄钾矾KFe3(SO4)2(OH)6回收铁的工艺流程如下:回答下列问题:(1)“氧化酸解”的实验中,控制反应温度为150 ,不同氧化剂对钛铁矿酸解率的影响如图所示。50 min时,要求酸解率大于85%,所选氧化剂应为_;采用H2O2做氧化剂时,其效率低的原因可能是_。(2)“氧化酸解”的滤液中加入尿素CO(NH2)2,TiO2转化为TiO2,写出相应的离子方程式
6、:_,使用尿素而不直接通入NH3的原因是_。(3)写出“高温煅烧”时由TiO2制备CaTiO3的化学方程式:_。(4)黄钾矾沉淀为晶体,含水量很少。回收Fe3时,不采用加入氨水调节pH制得Fe(OH)3的原因是_。5碲(Te)常用于冶金工业,也是石油裂解的催化剂。工业上用精炼铜的阳极泥(主要含有TeO2,还含有少量Ag、Au)为原料制备单质碲的一种工艺流程如下:已知TeO2微溶于水,易溶于较浓的强酸和强碱。(1)从滤渣A中分离出Au的方法是_。(2)“沉碲”时控制溶液的pH为4.55.0,生成TeO2沉淀。防止溶液局部酸性过强的操作是_。(3)写出“碱浸”时发生反应的离子方程式:_。滤液B经过
7、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得到的副产品是_(填化学式)。(4)为了提高“碱浸”的浸出率,宜采取的措施有_(写两条即可)。“酸溶”时要控制温度,温度不宜过高,原因是_。(5)写出“还原”中发生反应的化学方程式:_。参考答案与解析1解析:(1)从“除质2”后的溶液中得到MnSO4固体,是由溶液得到固体的过程,实验操作为蒸发浓缩、降温结晶、过滤和干燥。(2)根据图示,pH越大,即硫酸浓度越小,各元素的浸出率越低,但锰元素有反常,即硫酸浓度与锰的浸出率相关性不完全一致。(3)根据化合物中各元素的正负化合价的代数和为0可知,H2SO5中5个O总化合价为8。设2价氧个数为x,1价氧个数为y,则
8、xy5,2xy8,解得x3,y2。2个1价氧形成一个过氧键。H2SO5含有过氧键,具有强氧化性,加入的目的是氧化亚铁离子,便于之后除去。向溶液中加入氨水生成沉淀黄铵铁矾,离子方程式为6NH3H2O3Fe32SO=NH4Fe3(SO4)2(OH)65NH。答案:(1)使反应物充分接触,加快反应速率蒸发浓缩(2)除锰外,硫酸浓度越低(高),浸出率越低(高)硫酸浓度与锰的浸出率相关性不完全一致(3)1氧化亚铁离子,便于之后除去6NH3H2O3Fe32SO=NH4Fe3(SO4)2(OH)65NH2解析:(1)根据原子守恒,配平MgH2和NaBO2合成硼氢化钠的化学方程式:2MgH2NaBO2NaBH
9、42MgO。(2)滤液最终提取出溶质NaBO2,碱性条件下Mg2形成滤渣氢氧化镁。(3)依题意,其中一种气体为SO2,结合原子守恒以及Mg2水解的特性,可推测另一产物为HCl,反应为SOCl2H2O=SO22HCl,产生的氯化氢可抑制氯化镁水解。(4)根据电池反应可知,电池正极发生H2O2的还原反应:H2O22e2H=2H2O。n(H)0.04 mol,由电极反应式知,转移1 mol电子消耗1 mol H,转移0.038 mol电子时溶液中c(H)0.01 molL1,pH2。(5)1 mol(即38 g)NaBH4做还原剂时,H元素由1价被氧化为1价,失去8 mol电子,与4 mol(即8
10、g)H2做还原剂时转移电子数相等,故NaBH4的“有效氢含量”为0.21。(6)该反应的化学方程式为NaBO22HCHO2CaONaBH42CaCO3,甲醛中的C为0价,被氧化为CaCO3中的4价,CaCO3为氧化产物,甲醛中的H为1价,被还原为NaBH4中的1价,NaBH4为还原产物,故氧化产物与还原产物的物质的量之比为21。答案:(1)2MgH2NaBO2NaBH42MgO(2)Mg2B2O5H2O2OH=2Mg(OH)22BO(3)提供HCl抑制MgCl2水解(4)H2O22e2H=2H2O2(5)0.21(6)213解析:反应器中粗氧化锌中所含ZnO以及Zn、CuO、FeO杂质与硫酸反
11、应,不溶性杂质以滤渣的形式过滤分离;反应器中用Zn置换溶液中Cu2;反应器中用KMnO4氧化Fe2,同时控制pH,在弱酸性、弱碱性环境中,产生MnO2和Fe(OH)3沉淀,过滤得到净化的ZnSO4溶液;反应器中制备BaS:BaSO42C=BaS2CO2;反应器用ZnSO4和BaS共沉淀制备立德粉。反应器中Zn与硫酸反应产生氢气,应保持强制通风,避免氢气浓度过大而发生爆炸,出现危险。反应器除Cu2:ZnCu2=Zn2Cu。反应器除Fe2,同时在弱酸性环境中KMnO4被还原为MnO2,以滤渣形式分离。反应器中发生反应BaSO42C=BaS2CO2(可能的副反应BaSO44C=BaS4CO),则投料
12、比要大于12,避免产生CO等有毒气体;生产过程中会有少量氧气进入反应器,将BaS氧化产生SO2等有毒气体,需用碱液吸收。已知BaSO4的相对分子质量为233,ZnS的相对分子质量为97,ZnS含量为29.4%,立德粉为BaSO4ZnS;ZnS含量为62.5%,立德粉为BaSO44ZnS;则需选用的三种试剂为ZnSO4、BaS和Na2S;故反应的化学方程式为4ZnSO4BaS3Na2S=BaSO44ZnS3Na2SO4。答案:(1)反应中产生氢气,达到一定浓度后易爆炸,出现危险,需要通风(2)ZnCu2=Zn2Cu(3)bMnO2和Fe(OH)3(4)避免产生CO等有毒气体尾气中含有SO2等有毒
13、气体(5)ZnSO4、BaS、Na2S4ZnSO4BaS3Na2S=BaSO44ZnS3Na2SO44解析:(1)根据题目要求,结合图像在50 min时酸解率大于85%的氧化剂有KMnO4和KClO3,但KMnO4做氧化剂引入Mn2,对后续的物质分离造成干扰,故选用KClO3做氧化剂。产物中的Fe3可以催化H2O2的分解,所以采用H2O2做氧化剂时效率低。(2)由题中信息可知,Ti元素的化合价并没有发生改变,该反应为非氧化还原反应,在酸性环境中,C、N元素的产物为CO2、NH,反应的离子方程式是TiO2CO(NH2)22H2OTiO2CO22NH。由于Fe3开始沉淀需要的溶液pH很小,直接通入
14、NH3会使溶液pH快速增大,容易使Fe3沉淀,所以使用尿素而不直接通入NH3。(3)由题中信息可知,制备CaTiO3为非氧化还原反应,根据元素守恒,剩余产物为HCl、H2O,反应的化学方程式是TiO2CaCl22H2OCaTiO32HClH2O。(4)氢氧化铁为絮状沉淀不易从溶液中分离,所以不采用加入氨水调节pH制得Fe(OH)3。答案:(1)KClO3在温度较高时H2O2易分解(或产物中的Fe3可以催化H2O2的分解或H2O2氧化能力弱,其他答案合理也可)(2)TiO2CO(NH2)22H2OTiO2CO22NH避免将溶液中的Fe3沉淀(3)TiO2CaCl22H2OCaTiO32HClH2
15、O(4)Fe(OH)3絮状沉淀不容易分离5解析:(1)滤渣A的主要成分是金、银,金不溶于硝酸。(2)为了避免溶液局部酸性过强,应缓慢加入稀硫酸,同时搅拌,并检测溶液的pH。(3)二氧化碲类似SO2,与氢氧化钠反应生成亚碲酸钠。“碱浸”时加入NaOH溶液,“沉碲”时加入稀硫酸,故滤液B经一系列操作后所得副产品是Na2SO4。(4)从影响化学反应速率的因素角度考虑,即从增大接触面积、升温、增大浓度等角度分析。“酸溶”时用到盐酸,温度高,盐酸挥发快。(5)二氧化硫是还原剂,还原四氯化碲生成碲、硫酸和盐酸。答案:(1)加稀硝酸充分反应,过滤、洗涤、干燥(2)缓慢加入稀硫酸,同时搅拌,并检测溶液的pH(3)TeO22OH=TeOH2ONa2SO4(4)粉碎阳极泥、加热、增大氢氧化钠溶液的浓度、搅拌等(任选两条)温度过高,加快盐酸挥发,降低原料的利用率(5)TeCl42SO24H2O=Te2H2SO44HCl