1、第34讲 化学工艺流程综合题1三盐基硫酸铅(3PbOPbSO4H2O)简称“三盐”，白色或微黄色粉末，热稳定性能优良，主要用作聚氯乙烯的热稳定剂。“三盐”是由可溶性铅盐中加入硫酸生成硫酸铅，再加氢氧化钠而制得。以100.0吨铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如图所示：已知：a.Ksp(PbSO4)1.82108，Ksp(PbCO3)1.461013；b铅与冷盐酸、冷硫酸几乎不起作用。请回答下列问题：(1)写出步骤“转化”的化学方程式_。(2)步骤“过滤1”后所得滤渣的主要成分为_。(3)步骤“酸溶”，最适合选用的酸为_，为提高酸溶速率，可采取的措施是_(任意写
2、出一条)。(4)若步骤“沉铅”后的滤液中c(Pb2)1.82105 molL1，则此时c(SO)_molL1。(5)从原子利用率的角度分析该流程的优点为_。(6)步骤“合成”三盐的化学方程式为_。答案：(1)PbSO4Na2CO3=PbCO3Na2SO4(2)Pb、PbO、PbCO3(3)HNO3适当升温(适当增加硝酸浓度、减小滤渣颗粒大小等合理答案均可)(4)1103(5)滤液2(HNO3溶液)可以循环利用(6)4PbSO46NaOH3PbOPbSO4H2O3Na2SO42H2O2石棉尾矿主要含有Mg3(Si2O5)(OH)4和少量的Fe2O3、Al2O3。以石棉尾矿为镁源制备碳酸镁晶体(M
3、gCO3nH2O)的工艺如下：已知“焙烧”过程中的主反应为：Mg3(Si2O5)(OH)45(NH4)2SO43MgSO410NH32SiO27H2O2SO3(1)写出焙烧产物NH3的电子式：_。(2)为提高水浸速率，可采取的措施为_(任写一条)，“浸渣”的主要成分为_。(3)“调节pH除杂”时，需将pH调至5.0，则除去的杂质离子是_，此时溶液中的c(Fe3)_已知KspFe(OH)34.01038。(4)“沉镁”过程中反应的离子方程式为_。“沉镁”时若温度超过60 ，将产生较多的碱式碳酸镁杂质，原因是_。解析：(1)氨气为共价化合物，电子式为： (2)将焙烧渣粉碎或加热或搅拌可以提高水浸速
4、率；石棉尾矿加入硫酸铵焙烧得到MgSO4、SiO2、Fe2O3、Al2O3，水浸，SiO2不溶于水形成浸渣。(3)“调节pH除杂”时，需将pH调至5.0，则除去的杂质离子是Fe3、Al3，此时溶液中c(OH)109 mol/L，KspFe(OH)3c(Fe3)c3(OH)4.01038，则c(Fe3)4.01011 mol/L。(4)“沉镁”过程中反应的离子方程式为Mg22HCO(n1)H2O=MgCO3nH2OCO2。“沉镁”时若温度超过60 ，将产生较多的碱式碳酸镁杂质，原因是升温促进Mg2部分水解或升温促进Mg2水解。答案：(1) (2)将焙烧渣粉碎或加热或搅拌SiO2(3)Fe3、Al
5、34.01011 mol/L(4)Mg22HCO(n1)H2O=MgCO3nH2OCO2升温促进Mg2部分水解(或升温促进Mg2水解)3氟化钡可用于制造电机电刷、光学玻璃、光导纤维、激光发生器。以钡矿粉(主要成分为BaCO3，含有SiO2、Fe2、Mg2等杂质)为原料制备氟化钡的流程如下：已知：常温下Fe3、Mg2完全沉淀的pH分别是3.4、12.4。(1)滤渣A的化学式为_。(2)滤液1加H2O2氧化的过程中主要反应的离子方程式为_。(3)加20%NaOH溶液调节pH12.5，得到滤渣C的主要成分是_。(4)滤液3加入盐酸酸化后再经_、冷却结晶、_、洗涤、真空干燥等一系列操作后得到BaCl2
6、2H2O。(5)常温下，用BaCl22H2O配制成0.2 molL1水溶液与等浓度的氟化铵溶液反应，可得到氟化钡沉淀。请写出该反应的离子方程式：_。已知Ksp(BaF2)1.84107，当钡离子完全沉淀时(即钡离子浓度105 molL1)，溶液中氟离子浓度至少是_ molL1。(结果保留三位有效数字，已知1.36)(6)已知：Ksp(BaCO3)2.58109，Ksp(BaSO4)1.071010。将氯化钡溶液滴入等物质的量浓度的硫酸钠和碳酸钠的混合溶液中，当BaCO3开始沉淀时，溶液中_。(结果保留三位有效数字)答案：(1)SiO2(2)H2O22Fe22H=2Fe32H2O(3)Mg(OH
7、)2(4)加热浓缩过滤(5)Ba22F=BaF20.136(6)24.14工业上用含锌物料(含FeO、CuO、FeS、CuS等杂质)制取活性ZnO的流程如下：已知：各离子开始沉淀及完全沉淀时的pH如下表所示。离子Fe2Fe3Zn2Cu2开始沉淀的pH6.341.486.24.7完全沉淀的pH9.73.28.06.7(1)含锌物料中的少量CuS和ZnS，加入硫酸后ZnS可以溶解而CuS不溶，则相同温度下Ksp(CuS)_(填“”“”或“”)Ksp(ZnS)。(2)第二步中先加入A物质的目的是_，物质A可使用下列物质中的_(填字母)。AO2BKMnO4CH2O2DCl2(3)加入氨水的目的是调节溶
8、液的pH，应控制pH的范围为_。(4)加入Zn粉发生的主要反应的离子方程式为_。(5)物质B的化学式是_，其在农业生产中的一种用途是_。解析：(2)根据流程图，浸出液中含有Fe2，而沉淀是Fe(OH)3，故加入A的目的是将Fe2氧化为Fe3；四种物质均能氧化Fe2，而不引入杂质的是O2和H2O2。(3)根据流程图可知铜要回收，因此应控制pH保证Fe3完全沉淀，而Cu2不沉淀。(4)加入锌粉的目的是回收铜，其反应的离子方程式为Cu2Zn=CuZn2。(5)由流程图知，加入的物质有H2SO4、NH3H2O和NH4HCO3，故B为(NH4)2SO4。答案：(1)(2)将Fe2氧化成Fe3，以便除去A
9、C(3)3.2pH4.7(4)ZnCu2=Zn2Cu(5)(NH4)2SO4作氮肥5醋酸镍(CH3COO)2Ni是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料，制取醋酸镍的工艺流程如图：相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表：金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe31.13.2Fe25.88.8Al33.05.0Ni26.79.5物质20 时溶解性(H2O)CaSO4微溶NiF2可溶CaF2难溶NiCO3Ksp9.60106(1)调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是_。(2)滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是_、_。(3)写出氧化步
10、骤中加入H2O2发生反应的离子方程式：_。(4)酸浸过程中，1 mol NiS失去6NA个电子，同时生成两种无色有毒气体。写出该反应的化学方程式：_。(5)沉镍过程中，若c(Ni2)2.0 molL1，欲使100 mL该滤液中的Ni2沉淀完全c(Ni2)105 molL1，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为_ g。(保留小数点后1位有效数字)(6)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为_ 、_ min。解析：(1)(3)制取醋酸镍的工艺流程可解读为将含镍废料粉碎后加入H2SO4和少量HNO3进行酸浸，过滤后得到主要含Ni2、Al
11、3、Fe3(还可能含少量Fe2、Ca2)的溶液和主要含SiO2、CaSO4的滤渣，弃去滤渣，向滤液中加入H2O2将可能含有的Fe2氧化为Fe3，调节溶液pH为5.0pH6.7，使Al3、Fe3转化为氢氧化物沉淀，再通过过滤除去，向过滤所得的滤液1中加入NH4F除去滤液中的Ca2，过滤后向滤液2中加入Na2CO3使Ni2沉淀为NiCO3，过滤后向NiCO3中加入醋酸得到醋酸镍，再进一步蒸发、结晶、洗涤得到醋酸镍产品。(4)由题意知，酸浸时1 mol NiS失去6 mol电子，S2被氧化为SO2，硝酸被还原为NO，根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式。(5)Ni2沉淀完全时溶液中c(C
12、O)0.96 molL1，故需要加入Na2CO3的质量最少为0.96 molL10.1 L(2.0 molL1105 molL1)0.1 L106 gmol131.4 g。答案：(1)5.0pH6.7(2)SiO2、CaSO4CaF2(3)2Fe2H2O22H=2Fe32H2O(4)NiSH2SO42HNO3=NiSO4SO22NO2H2O(5)31.4(6)701206辉铜矿主要成分为Cu2S，软锰矿主要成分为MnO2，它们都含有少量SiO2、Fe2O3等杂质。工业上综合利用这两种矿物制备硫酸锰和碱式碳酸铜的主要工艺流程如下：已知：MnO2能将金属硫化物中的硫离子氧化为单质硫；Cu(NH3)
13、4SO4常温稳定，在热水中会分解生成NH3；部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL1计算)：开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe31.13.2Mn28.39.8Cu24.46.4(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有_(任写一点)。(2)调节浸出液pH的范围为_，其目的是_。(3)本工艺中可循环使用的物质是_(写化学式)。(4)在该工艺的“加热驱氨”环节，若加热的温度过低或过高，都将造成的结果是_。(5)碳酸锰在一定条件下可得硫酸锰溶液，试根据如下曲线图示，现由硫酸锰溶液制备MnSO4H2O的实验方案为_。(6)用标准BaCl2溶液测定样品中MnSO4H2O质量分数时，发现样品纯度大于100%(测定过程中产生的误差可忽略)，其可能原因是_(任写一种)。答案：(1)粉碎矿石(或适当升高温度或搅拌)(2)3.2pH4.4使Fe3转化为Fe(OH)3沉淀而除去(3)NH3(4)碱式碳酸铜产量减少(5)蒸发、结晶温度大于40 ，趁热过滤，用酒精洗涤，最后低温干燥(6)混有硫酸盐杂质或部分晶体失去结晶水
