1、热考题型分级练(十三)化工流程综合分析题(A级)1铁的化合物有广泛用途，如碳酸亚铁(FeCO3)可作为补血剂，铁红(Fe2O3)可作为颜料。利用某硫酸厂产生的烧渣(主要含Fe2O3、FeO，还有一定量的SiO2)制备FeCO3的流程如下：(1)“酸溶”时加快反应速率的方法有_(写出一种)。(2)“还原”时，FeS2与H2SO4不反应，Fe3通过两个反应被还原，其中一个反应如下：FeS214Fe38H2O=15Fe22SO16H，则另一个反应的离子方程式为_。加入FeS2还原后，检验Fe3是否反应完全的方法是_。(3)“沉淀”时，需要控制温度在35以下，其可能原因是_。所得FeCO3需充分洗涤，
2、检验沉淀已洗净的方法是_。(4)FeCO3浊液长时间暴露在空气中，会有部分固体表面变为红褐色，同时释放出CO2，则与FeCO3反应的物质为_(填化学式)。(5)写出在空气中煅烧FeCO3制备高纯氧化铁的化学方程式：_。FeCO3在空气中煅烧生成Fe2O3时，也会生成FeO。现煅烧23.2 kg的FeCO3，得到Fe2O3和FeO的混合物15.84 kg，则Fe2O3的质量为_ kg。2NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：回答下列问题：(1)NaClO2中Cl的化合价为_。(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_。(3)“电解”所用食盐水由粗盐水
3、精制而成，精制时，为除去Mg2和Ca2，要加入的试剂分别为_、_。“电解”中阴极反应的主要产物是_。(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为_，该反应中氧化产物是_。(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为_。(计算结果保留两位小数)3金属蚀刻加工过程中，常用盐酸对其表面氧化物进行清洗，会产生酸洗废水。pH在1.5左右的某酸洗废水中铁元素的质量分数约为3%，其他金属元素如铜、镍、锌、铬浓度较低，工业上综合利用酸洗废水可制备三氯化铁。制
4、备过程如下：相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：氢氧化物Fe(OH)3Cu(OH)2Ni(OH)2开始沉淀pH1.54.27.1沉淀完全pH3.76.78.8氢氧化物Zn(OH)2Cr(OH)3Fe(OH)2开始沉淀pH5.44.36.5沉淀完全pH8.45.68.3回答下列问题：(1)“中和”时发生反应的化学方程式为_，调节pH至_范围，有利于后续制备得纯度较高的产品。(2)酸溶处理中和后的滤渣，使铁元素浸出。滤渣和工业盐酸反应时，不同反应温度下铁浸出率随时间变化如图(a)所示，可知酸溶的最佳温度为_。按照不同的固液比(滤渣和工业盐酸的投入体积比)进行反应时，铁浸出率随时间变化如图
5、(b)所示，实际生产中固液比选择1.5:1的原因是_。(3)氧化时，可选氯酸钠或过氧化氢为氧化剂，若100 L“酸溶”所得溶液中Fe2含量为1.2 molL1，则需投入的氧化剂过氧化氢的质量为_。(4)氧化时，除可外加氧化剂外，也可采用惰性电极电解的方法，此时阴极的电极反应式为_，电解总反应的离子方程式是_。(5)将得到的FeCl3溶液在HCl气氛中_、过滤、洗涤、干燥得FeCl36H2O晶体。(B级)4四氢铝锂(LiAlH4)常作有机合成的重要还原剂。以辉锂矿(主要成分是Li2OAl2O34SiO2，含少量Fe2O3)为原料合成四氢铝锂的流程如下：已知：几种金属氢氧化物沉淀的pH如下表所示：
6、物质Fe(OH)3Al(OH)3开始沉淀的pH2.34.0完全沉淀的pH3.76.5常温下，Ksp(Li2CO3)2.0103。Li2CO3在水中溶解度随着温度升高而减小。回答下列问题：(1)上述流程中，提高“酸浸”速率的措施有_(写两条)；加入CaCO3的作用是_。(2)“a”最小值为_。“电解”的阴极反应式为_。(3)设计简单方案由Li2CO3制备LiCl：_。(4)写出LiH和AlCl3反应的化学方程式：_(条件不作要求)。(5)用热水洗涤Li2CO3固体，而不用冷水洗涤，其目的是_；检验碳酸锂是否洗净的实验方法是_。(6)在有机合成中，还原剂的还原能力通常用“有效氢”表示，其含义是1克
7、还原剂相当于多少克氢气的还原能力。LiAlH4的“有效氢”为_。(结果保留2位小数)5MnCO3可用作电器元件材料，也可作为瓷釉、颜料的制作原料。工业上用酸性含锰废水(主要含Mn2、Cl、H、Fe2、Cu2)制备MnCO3：已知：几种金属离子沉淀的pH如下表：金属离子Fe2Fe3Cu2Mn2开始沉淀的pH7.52.75.28.8完全沉淀的pH8.33.26.710.9回答下列问题：(1)中加入过量MnO2的作用是_，滤渣W的成分是_。(2)过程中，调pH的目的是_。(3)过程中有CO2生成，则生成MnCO3的离子方程式是_。(4)过程中得到纯净MnCO3的操作方法是_，该过程中的副产品化学式是
8、_。(5)MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物，其固体残留率随温度的变化如图所示。则300 时，剩余固体中n(Mn):n(O)为_；图中点D对应固体的成分为_(填化学式)。6金属钒熔点高、硬度大，具有良好的可塑性和低温抗腐蚀性。工业上常用钒炉渣(主要含FeOV2O3，还有少量Al2O3、CuO等杂质)提取金属钒，流程如图：已知：.钒有多种价态，其中5价最稳定，钒在溶液中主要以VO和VO的形式存在，存在平衡：VOH2OVO2H。.部分离子的沉淀pH：Cu2Fe2Fe3开始沉淀pH4.26.52.7完全沉淀pH6.78.33.2回答下列问题：(1)碱浸步骤中最好选用_(填字母)。aN
9、aOH溶液b氨水c纯碱溶液(2)焙烧的目的是将FeOV2O3转化为可溶性NaVO3，其中铁元素全部转化为3价的氧化物，写出该反应的化学方程式：_。(3)溶液1到溶液2的过程中，调节pH至8有两个目的，一是除去_，二是促使_。(4)沉钒过程中得到NH4VO3沉淀需要洗涤，写出实验室洗涤的操作方法：_。(5)常用铝热反应法由V2O5冶炼金属钒，请写出反应的化学方程式：_。(6)钒的化合物也有广泛的用途，如一种新型铝离子可充电电池的结构如图所示。已知放电时电池反应为xAlVO2=AlxVO2，则放电时正极的电极反应式为_。热考题型分级练(十三) 1解析：烧渣(主要含Fe2O3、FeO，还有一定量的S
10、iO2)用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁、硫酸亚铁、未反应的硫酸，滤渣为二氧化硅，用二硫化亚铁还原Fe3后过滤，得滤液中含有硫酸亚铁，向滤液中加入碳酸铵，过滤得碳酸亚铁，滤液中含有硫酸铵、碳酸铵。(5)在空气中煅烧FeCO3制备高纯氧化铁的化学方程式为4FeCO3O22Fe2O34CO2，设Fe2O3的质量为x，根据化学反应前后铁元素质量不变：100%x100%(15.84 kgx)100%23.2 kg，解得x14.4 kg。答案：(1)加热(或适当增加硫酸的浓度、将烧渣粉粹、搅拌等)(2)FeS22Fe3=3Fe22S取少量溶液，滴入几滴KSCN溶液，若溶液变为红色，说明其中含有Fe3，
11、未反应完全(3)防止碳酸铵分解，减小亚铁离子的水解程度取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加稀盐酸，无明显现象，再滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则表明沉淀已洗涤干净，反之，则说明没洗涤干净(4)O2、H2O(5)4FeCO3O22Fe2O34CO214.42解析：本题考查无机化工流程，涉及氯及其化合物的相关知识，包括计算元素化合价、书写陌生氧化还原反应方程式、流程分析、电解产物的判断、氧化剂与还原剂的判断及量的分析、有效氯含量的计算。(1)根据化合物中各元素化合价代数和等于0，计算出NaClO2中氯元素化合价为3。(2)从流程图看出，反应物是氯酸钠、二氧化硫、硫酸，产物为硫酸氢钠、二氧化氯
12、，根据得失电子守恒，原子守恒配平化学方程式：2NaClO3SO2H2SO4=2ClO22NaHSO4。(3)粗盐提纯中加入氢氧化钠溶液沉淀镁离子，加入碳酸钠溶液沉淀钙离子。电解过程中ClO2在阴极放电得到ClO，故阴极反应的主要产物为NaClO2。(4)依题意，用含氢氧化钠的双氧水吸收尾气中的二氧化氯，发生反应：2ClO2H2O22OH=2ClOO22H2O，ClO2作氧化剂，H2O2作还原剂，故氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:1，氧化产物为O2。(5)氯气、亚氯酸钠的氧化能力就是得电子能力，得电子数相等时，氧化能力相当。氯气、亚氯酸钠的最终还原产物为氯离子。根据：NaClO2Cl，Cl22
13、Cl，得电子数相等时，存在：NaClO22Cl2，故亚氯酸钠的有效氯含量为1.57。答案：(1)3(2)2NaClO3SO2H2SO4=2ClO22NaHSO4(3)NaOH溶液Na2CO3溶液ClO(或NaClO2)(4)2:1O2(5)1.573解析：(1)用盐酸除去金属表面氧化物，盐酸是过量的，因此加入熟石灰发生反应Ca(OH)22HCl=CaCl22H2O，废水中铁元素的质量分数约为3%，其他金属含量较低，因此还发生反应3Ca(OH)22FeCl3=2Fe(OH)33CaCl2；根据流程图，中和后过滤，将难溶物酸溶，以及得到产品，调节pH将Fe元素全部转化成沉淀，其余金属元素残留在滤液
14、中，因此范围是3.7pH4.2。(2)根据图(a)，当反应温度为65 时，铁浸出率最高，因此酸溶的最佳温度为65 ；根据图像(b)可知，固液比大时，铁的浸出率低，固液比小时虽然浸出率高，但过稀的FeCl3溶液蒸发浓缩需消耗过多的能量，提高了成本，因此实际生产中固液比选择1.5:1。(3)Fe2作还原剂，H2O2作氧化剂，根据得失电子数目守恒，n(H2O2)100 L1.2 molL160 mol，即m(H2O2)60 mol34 gmol12 040 g。(4)氧化是Fe2Fe3，根据电解原理，Fe2应在阳极上放电，阴极电极反应式为2H2e=H2；阳极反应式为Fe2e=Fe3，因此总电极反应式
15、为2Fe22HH22Fe3。(5)FeCl3溶液易水解，因此得到FeCl36H2O的操作是：将FeCl3溶液在HCl气氛中蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。答案：(1)Ca(OH)22HCl=CaCl22H2O、3Ca(OH)22FeCl3=2Fe(OH)33CaCl23.7pH4.2(2)65 固液比大时，铁的浸出率低，固液比小时虽然浸出率高，但增加了盐酸的消耗，并且过稀的FeCl3溶液蒸发浓缩需消耗过多的能量，提高了成本(3)2 040 g(4)2H2e=H22Fe22HH22Fe3(5)蒸发浓缩、冷却结晶4解析：(1)加硫酸从矿石中浸出锂，如粉碎矿石、提高硫酸浓度、加热等措施可以提高
16、反应速率。加入碳酸钙中和溶液中的酸，使铁、铝离子完全沉淀成氢氧化铁、氢氧化铝。(2)从表格信息看，调节pH最小值为6.5，确保铝离子完全沉淀。阴极上锂离子被还原成锂。(3)在氯化氢气体中蒸干氯化锂溶液，类似从海水中提取氯化镁。(4)氯化铝与氢化锂反应生成四氢铝锂和氯化锂。(5)依题意，碳酸锂的溶解度随温度升高而减小，用热水洗涤碳酸锂，减少碳酸锂的损失。沉淀表面有硫酸钠，检验SO可判断沉淀是否洗净。(6)还原能力指失电子数。1 mol LiAlH4能提供8 mol电子，相当于4 mol H2。LiAlH4的有效氢为0.21 g。答案：(1)粉碎矿石、加热、搅拌等调节pH使Fe3、Al3转化成氢氧
17、化物沉淀(2)6.5Lie=Li(3)用盐酸溶解，在氯化氢气体中蒸干溶液(4)AlCl34LiHLiAlH43LiCl(5)减少Li2CO3损失取最后一次洗涤液于试管中，滴加氯化钡溶液和稀盐酸，观察是否有沉淀产生(合理即可)(6)0.21 g5解析：(1)在过程中，MnO2在酸性条件下可将Fe2氧化为Fe3，在过程中，向溶液中加入氨水，调节溶液的pH3.7，这时溶液中的Fe3会形成Fe(OH)3沉淀，过量的MnO2也以固体形式存在。(2)过程中，调pH是将Cu2转化为沉淀除去。(3)过程中，反应会有CO2生成，故反应为Mn22HCO=MnCO3CO2H2O。(4)过程中得到纯净MnCO3的操作
18、方法是过滤、洗涤、干燥。根据元素守恒，可知副产品为NH4Cl。(5)设MnCO3的物质的量为1 mol，即质量为115 g。A点剩余固体质量为115 g75.65%87 g，减少的质量为115 g87 g28 g，可知MnCO3失去的组成为CO，故剩余固体的成分为MnO2。C点剩余固体质量为115 g61.74%71 g，据锰元素守恒知m(Mn)55 g，则m(O)171 g55 g16 g，则n(Mn):n(O):1:1，故剩余固体的成分为MnO。同理，B点剩余固体质量为115 g66.38%76.337 g，因m(Mn)55 g，则m(O)276.337 g55 g21.337 g，则n(
19、Mn):n(O):3:4，故剩余固体的成分为Mn3O4。因D点介于B、C之间，故D点对应固体的成分为Mn3O4与MnO的混合物。答案：(1)将Fe2氧化为Fe3Fe(OH)3和过量的MnO2(2)使Cu2完全沉淀为Cu(OH)2(3)Mn22HCO=MnCO3CO2H2O(4)过滤、洗涤、干燥NH4Cl(5)1:2Mn3O4和MnO6解析：钒炉渣主要含有FeOV2O3、Al2O3、CuO，进行碱浸，氧化铝溶解形成偏铝酸盐，过滤后滤液1含有偏铝酸盐，通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀，经过加热分解可得到氧化铝，滤渣1和Na2CO3在空气中焙烧，再用足量的硫酸溶解，溶液1中含有铜离子、铁离子，调节pH到
20、8，铜离子、铁离子沉淀完全，过滤得到的滤渣2应为氢氧化铜和氢氧化铁，同时由于溶液中存在平衡VOH2OVO2H，酸过量会抑制NH4VO3的生成，所以要调节溶液的pH值，过滤得到的溶液2中钒元素以VO和VO的形式存在，再加入硫酸铵转化为NH4VO3，NH4VO3焙烧得到V2O5，V2O5发生铝热反应得到V。(1)根据上面的分析可知，碱浸要使氧化铝溶解，所以只能用强碱，故选a。(2)焙烧的目的是将FeOV2O3转化为可溶性NaVO3，其中铁元素全部转化为3价的氧化物，根据此信息可知方程式为4FeOV2O34Na2CO35O28NaVO32Fe2O34CO2。(3)溶液1到溶液2的过程中，调节pH至8
21、的目的一是能使铜离子、铁离子沉淀完全，二是溶液中存在平衡VOH2OVO2H，酸过量会抑制NH4VO3的生成。(4)沉钒过程中得到NH4VO3沉淀需要洗涤，洗涤时应往漏斗中加水至浸没沉淀，让水自然流下，重复23次。(5)铝热反应由V2O5冶炼金属钒的化学方程式为10Al3V2O55Al2O36V。(6)该电池的负极为铝，失电子发生氧化反应，电极反应式为Al3e=Al3。电池的总反应为xAlVO2=AlxVO2，则正极反应为总反应减去负极反应，正极电极反应式为VO2xAl33xe=AlxVO2。答案：(1)a(2)4FeOV2O34Na2CO35O28NaVO32Fe2O34CO2(3)Fe3、Cu2VO转化为VO(4)洗涤时应往漏斗中加水至浸没沉淀，让水自然流下，重复23次(5)10Al3V2O55Al2O36V(6)VO2xAl33xe=AlxVO2