2020届高考化学二轮复习工艺流程题学案
主题9 工艺流程题
全国卷考情分析
高考
年份
2019年全国
2018年全国
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
命题
角度
陌生化学方程式和离子方程式的书写,流程中生成物的推断和加入物质的作用
陌生方程式的书写,流程中生成物的推断和加入物质的作用,氧化还原滴定时化学方程式的书写和计算
物质的名称,物质的分离、提纯,化学方程式的书写,流程中生成物的推断和加入物质的作用
陌生方程式的书写,流程中生成物的推断和加入物质的作用,电极反应式的书写,氧化还原滴定时化学方程式的书写和计算
陌生化学方程式和离子方程式的书写,流程中生成物的推断和加入物质的作用,电极反应式的书写
物质的名称,物质的分离、提纯,化学方程式的书写,电极反应式的书写和离子交换膜中迁移离子的种类和方向
命题
规律
全国卷必考一道工艺流程题,题型一般为物质制备型工艺流程题或物质分离提纯型工艺流程题。工艺流程题情境新,集综合性、真实性、开放性于一体,考查的内容广泛,可以是物质的转化关系、原理应用、操作名称、化学术语等,特别注重对物质的制备方法、物质间的转化途径、混合物的分离和提纯方法、化学实验的基本操作、陌生情境中化学方程式或离子方程式的书写及简单计算能力的考查,检验考生能否运用化学反应原理及相关实验等知识解决工业生产中的实际问题
⦾命题角度一 物质制备型
物质制备型工艺流程题一般分为原料处理、分离提纯、获得产品三个阶段。通过对给定的原料进行预处理、分离提纯,再经过若干步反应,最后制得目标物质。
例1 (2019年全国Ⅱ卷,26)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白),是一种常用白色颜料。回答下列问题:
(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时,钡的焰色为 (填标号)。
A.黄色 B.红色 C.紫色 D.绿色
(2)以重晶石(BaSO4)为原料,可按如下工艺生产立德粉:
①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为 。回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式为 。
②在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差。其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的 (填化学式)。
③沉淀器中反应的离子方程式为 。
(3)成品中S2-的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品,置于碘量瓶中,移取25.00 mL 0.1000 mol·L-1的I2-KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5 min,有单质硫析出。以淀粉为指示剂,过量的I2用0.1000 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+2S22I-+S4。测定时消耗Na2S2O3溶液体积V mL。终点颜色变化为 ,样品中S2-的含量为 (写出表达式)。
解析 (1)焰色反应不是化学变化,常用来检验某些金属元素的存在。常见金属元素的焰色:钠的焰色为黄色,钙的焰色为红色,钾的焰色为紫色,钡的焰色为绿色,故D项正确。
(2)①注意焦炭过量生成CO,反应物为硫酸钡与焦炭,产物为BaS与CO,化学方程式为BaSO4+4CBaS+4CO↑;CO与水蒸气反应生成CO2与H2,化学方程式为CO+H2O(g)CO2+H2。②根据信息臭鸡蛋气味气体为硫化氢气体,由强酸制弱酸原理,“还原料”硫化钡与空气中的水、二氧化碳反应生成了碳酸钡与硫化氢气体。③硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质,写成离子形式,产物BaSO4·ZnS为沉淀,不可拆分,故离子方程式为S2-+Ba2++Zn2++SBaSO4·ZnS↓。
(3)碘单质与硫离子发生反应S2-+I2S+2I-;碘单质与淀粉混合呈蓝色,用硫代硫酸钠滴定过量的I2,故终点颜色变化为浅蓝色至无色;根据氧化还原反应得失电子数相等,利用关系式法解题。设硫离子的物质的量为n,根据化合价升降相等列关系式:
S2-~ I2 2S2 ~ I2
1 mol 1 mol 2 mol 1 mol
n n 0.1000×V×10-3 mol ×0.1000×V×10-3 mol
n+×0.1000×V×10-3 mol=25.00×0.1000×10-3 mol,得n=(25.00-V)×0.1000×10-3 mol,则样品中硫离子的含量为×100%=×100%。
答案 (1)D
(2)①BaSO4+4CBaS+4CO↑ CO+H2O(g)CO2+H2 ②BaCO3 ③S2-+Ba2++Zn2++SBaSO4·ZnS↓
(3)浅蓝色至无色 ×100%
工艺流程题中文字表述题答题方法
1.“加过量试剂”:常考虑反应完全或增大转化率、产率等。
2.“控制pH”:常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。
3.“能否加其他物质”:常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。
4.“控制较低温度”:常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。
5.“判断沉淀是否洗净”:常取少量最后一次洗涤液于试管中,向其中滴加某试剂,以检验其中的某种离子。
6.“检验某物质的设计方案”:通常取少量某物质于试管中,加水溶解,再加入另一试剂产生某现象,然后得出结论。
7.“用某些有机试剂清洗”:(1)降低物质溶解度有利于产品析出;(2)洗涤沉淀可减少损耗和提高利用率等。
8.“在空气中或在其他气体中”:主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。
1.(2019年福建宁德高三下学期5月质检)一维纳米材料因其特殊的纳米结构,呈现出一系列独特的光、电、磁、催化等性能,具有十分广阔的应用前景。ZnS-C(ZnS纳米粒子分散在碳纳米材料上)是新型一维纳米材料,某科研小组制备ZnS-C纳米材料的流程如图所示:
已知:BA表示C6H5COO。
回答下列问题:
(1)“搅拌”后所得溶液呈 (填“酸性”“中性”或“碱性”)。
(2)配制NaOH溶液时,蒸馏水要加热煮沸的原因是 。
(3)向混合盐溶液中缓慢滴加NaOH溶液,促进相关离子的水解,出现Zn(OH)(C6H5COO)白色沉淀。
①写出生成沉淀的离子方程式:
。
②25 ℃时,调pH=6,不产生Zn(OH)2沉淀,该溶液中c(Zn2+)< mol·L-1。{已知Ksp[Zn(OH)2]=1.2×10-17}
(4)“硫化”“焙烧”过程中,Zn(OH)BA通过原位固相反应制备ZnS-C纳米纤维的过程如图所示:
①该过程中一直处于原位的离子是 。
②在N2中“焙烧”时,HBA(C6H5COOH)分解反应的化学方程式为 。
(5)用N2吸附法对不同焙烧温度下制备得到的ZnS-C纳米纤维的比表面积进行测定,在不同温度(400~800 ℃)下焙烧所得ZnS-C纳米纤维的比表面积如表:
T/℃
400
500
600
700
800
比表面积/m2·g-1
130.1
123.1
70.2
49.2
47.6
①随着温度的升高,ZnS纳米粒子 (填“变大”“不变”或“变小”)。
②ZnS-C纳米纤维可将N2吸附在其表面,形成均匀的单分子层。氮气分子横截面积为0.162 nm2,则在400 ℃焙烧所得的1 g ZnS-C纳米纤维最大吸附的氮分子数为 (保留3位有效数字)。
解析 (1)将硝酸锌晶体与苯甲酸钠、水混合搅拌,三者充分接触,由于硝酸锌是强酸弱碱盐,Zn2+水解使溶液呈酸性,苯甲酸钠是强碱弱酸盐,C6H5COO-水解使溶液呈碱性,最终混合物的酸碱性取决于二者相对量的多少及其水解程度,结合下一个步骤加入NaOH溶液调节溶液的pH=6,可证明混合搅拌后的溶液呈酸性。
(2)NaOH是碱,在配制其溶液时,为防止空气中的CO2在溶液中溶解而导致产生Na2CO3,使溶液变质,溶解NaOH的蒸馏水要先加热煮沸,去除CO2,防止NaOH变质。
(3)①硝酸锌、苯甲酸钠、NaOH混合发生反应产生Zn(OH)(C6H5COO)白色沉淀,反应的离子方程式为Zn2++C6H5COO-+OH-Zn(OH)(C6H5COO)↓。
②25 ℃,调节pH=6,c(OH-)=10-8 mol·L-1,若不产生Zn(OH)2沉淀,c(Zn2+)·c2(OH-)
”或“<”)y%。
解析 (1)硼镁矿与氢氧化钠反应,镁离子转化为氢氧化镁沉淀,Fe2O3不与氢氧化钠反应,因此沉淀的主要成分为Mg(OH)2、Fe2O3。
(2)反应物为NaB(OH)4和过量CO2,生成物为Na2B4O5(OH)4·8H2O和NaHCO3,化学方程式为4NaB(OH)4+2CO2+3H2ONa2B4O5(OH)4·8H2O↓+2NaHCO3。
(4)①滴定终点的标志为溶液由无色变为浅红色,且半分钟内不褪色;
②H3BO3~NaOH
1 mol 1 mol
得n(H3BO3)=0.2000 mol·L-1×22.00×10-3 L=0.0044 mol
m(H3BO3)=n(H3BO3)×M(H3BO3)=0.0044 mol×62 g·mol-1=0.2728 g
该硼酸样品的纯度为×100%=90.9%
(5)M室的H2O失电子生成O2和H+,H+通过a膜进入产品室,a膜为阳离子交换膜;原料室中B(OH通过b膜进入产品室,与M室进入的H+反应生成H3BO3,b膜为阴离子交换膜;原料室中Na+通过c膜进入N室,c膜为阳离子交换膜,N室中的H2O得电子生成H2和OH-,OH-浓度逐渐增大。
①由上面分析可知b膜为阴离子交换膜,因为H++ B(OHH3BO3+H2O,因此转移1 mol电子生成1 mol H3BO3;列关系式:
1 mol e-~O2(M室)~1 mol H3BO3~H2(N室)
理论上每生成1 mol H3BO3,两极室共生成标准状况下的气体的体积为(+) mol×22.4 L·mol-1=16.8 L。
答案 (1)Mg(OH)2、Fe2O3
(2)4NaB(OH)4+2CO2+3H2ONa2B4O5(OH)4·8H2O↓+2NaHCO3
(3)取少许最后一次洗涤液于试管中,滴加硝酸酸化的硝酸银溶液,若无明显现象,说明洗涤干净
(4)①溶液由无色变为浅红色,且半分钟内不褪色
②90.9
(5)①阴离子 16.8 ②<
2.(2019年江苏,19改编)工业上以钒炉渣(主要含V2O3,还有少量SiO2、P2O5等杂质)为原料制备氧钒碱式碳酸铵晶体[(NH4)5(VO)6(CO3)4(OH)9·10H2O],其生产工艺流程如下:
(1)焙烧过程中V2O3转化为可溶性NaVO3,该反应的化学方程式为 。
(2)滤渣的主要成分是 (写化学式)。
(3)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3),若滤液中c(V)=0.1 mol·L-1,为使钒元素的沉降率达到98%,至少应调节c(N)为 mol·L-1。[已知Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3]
(4)“还原”V2O5的过程中,生成VOCl2和一种无色无污染的气体,该反应的化学方程式为 。用浓盐酸与V2O5反应也可以制得VOCl2,该方法的缺点是 。
(5)称量a g产品于锥形瓶中,用20 mL蒸馏水与30 mL稀硫酸溶解后,加入0.02 mol·L-1KMnO4溶液至稍过量,充分反应后继续滴加1%的NaNO2溶液至稍过量,再用尿素除去过量NaNO2,最后用c mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液的体积为b mL。(已知滴定反应为V+Fe2++2H+VO2++Fe3++H2O)
①KMnO4溶液的作用是 。
②粗产品中钒的质量分数表达式为 (以V计)。
③若(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液部分变质,会使测定结果 (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
解析 (1)将钒炉渣和碳酸钠在空气流中焙烧,V2O3转化为可溶性NaVO3,同时得到二氧化碳,发生反应的化学方程式为V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2。
(2)焙烧时SiO2、P2O5分别与碳酸钠反应生成可溶于水的Na2SiO3和Na3PO4。除硅、磷时加入硫酸镁溶液生成Mg3(PO4)2、MgSiO3沉淀,则过滤时得到的滤渣的主要成分为Mg3(PO4)2、MgSiO3。
(3)已知Ksp(NH4VO3)=c(N)·c(V)=1.6×10-3, 若滤液中c(V)=0.1 mol·L-1,为使钒元素的沉降率达到98%,则溶液中剩余c(V)=0.1 mol·L-1×2%=0.002 mol·L-1,此时c(N)= mol·L-1=0.8 mol·L-1。
(4)用盐酸酸化的N2H4·2HCl还原V2O5生成VOCl2和一种无色无污染的气体,根据原子守恒定律,此气体应为N2,则发生反应的化学方程式为N2H4·2HCl+2V2O5+6HCl4VOCl2+N2↑+6H2O;若改用浓盐酸与V2O5反应也可以制得VOCl2,但同时得到的氧化产物为Cl2,污染环境。
(5)①根据分析,KMnO4溶液的作用是将VO2+氧化为V。
②滴定反应为V+Fe2++2H+VO2++Fe3++H2O,则钒元素的物质的量n=n[(NH4)2Fe(SO4)2]=c mol·L-1×b×10-3 L=bc×10-3 mol,粗产品中钒的质量分数的表达式为×100%=×100%。
③若(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液部分变质,则还原能力降低,滴定时消耗的标准液体积偏高,根据滴定反应V+Fe2++2H+VO2++Fe3++H2O可知,测定结果偏高。
答案 (1)V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2
(2)Mg3(PO4)2、MgSiO3
(3)0.8
(4)N2H4·2HCl+2V2O5+6HCl4VOCl2+N2↑+6H2O
(5)有氯气生成,污染空气
(6)将VO2+氧化为V
(7)×100%
(8)偏高
3.(2019年全国Ⅲ卷,26改编)MnCO3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的流程如图所示:
几种金属离子沉淀的pH如表:
金属离子
Fe2+
Fe3+
Cu2+
Mn2+
开始沉淀的pH
7.5
3.2
5.2
8.8
完全沉淀的pH
9.7
3.7
6.4
10.4
回答下列问题:
(1)①中加入过量MnO2的作用是 ,滤渣W的成分是 。
(2)过程③中,调pH的目的是 。
(3)过程④中有CO2生成,则生成MnCO3的离子方程式是 。
(4)过程④中得到纯净MnCO3的操作方法是 ,该过程中的副产品化学式是 。
(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)。
解析 (1)在过程①中,MnO2在酸性条件下可将Fe2+氧化为Fe3+,在过程②中,向溶液中加入氨水,调节溶液的pH=3.7,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③中,调pH的目的是将Cu2+转化为沉淀除去
(3)过程④中,反应会有CO2生成,故反应为Mn2++2HCMnCO3↓+CO2↑+H2O
(4)过程④中得到纯净MnCO3的操作方法是过滤、洗涤、干燥。根据元素守恒可知,该流程中氯离子未被除去,引入了铵根离子,则副产品为NH4Cl。
(5)设MnCO3的物质的量为1 mol,即质量为115 g
①A点剩余固体质量为115 g×75.65%≈87 g,减少的质量为115 g-87 g=28 g,可知MnCO3失去的组成为CO,故剩余固体的成分为MnO2,n(Mn)∶n(O)为1∶2。
②C点剩余固体质量为115 g×61.74%≈71 g。根据锰元素守恒知m(Mn)=55 g,则m(O )1=71 g-55 g=16 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 g×66.38%=76.337 g,因m(Mn)=55 g,则m(O )2=76.337 g-55 g=21.337 g,则n(Mn)∶n(O)=∶≈3∶4,故剩余固体的成分为Mn3O4,因D点在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Fe3+ Fe(OH)3、MnO2
(2)使Cu2+完全转化为Cu(OH)2
(3)Mn2++2HCMnCO3↓+CO2↑+H2O
(4)过滤、洗涤、干燥 NH4Cl
(5)1∶2 Mn3O4和MnO
4.(2018年全国Ⅱ卷,26改编)铈(Ce)是一种重要的稀土元素。以富含CeO2的废玻璃粉末(含SiO2、 Fe2O3以及其他少量可溶于稀盐酸的杂质)为原料,采用多种方法回收铈。请回答下列问题:
(1)湿法空气氧化法回收铈的部分流程如下:
已知:CeO2不溶于稀盐酸,也不溶于NaOH溶液。
滤渣的成分是 ,反应②的离子方程式是 。
(2)干法空气氧化法回收铈是Ce(OH)3被空气氧化成Ce(OH)4的过程,氧化过程中发生反应的化学方程式为 。两种干法空气氧化法制备Ge(OH)4的数据如下表:
干法空气氧化法
氧化温度/℃
氧化率/%
氧化时间/h
暴露空气中
110~120
90
18
在对流空气氧化炉中
110~120
99
8
在对流空气氧化炉中氧化时间大大缩短的原因是 。
(3)利用电解方法也可以实现铈的回收。
①在酸性条件下电解Ce2O3(如图):阳极的电极反应式为 ,离子交换膜为 (填“阴”或“阳”)离子交换膜。
②电解产物Ce(SO4)2是重要的氧化剂,将其配成标准溶液,在酸性条件下能测定工业盐中NaNO2的含量,写出发生反应的离子方程式: 。
解析 (1)流程中的“滤渣”由玻璃粉末中加稀盐酸后过滤所得,应为不溶于稀盐酸的CeO2、SiO2。“滤渣”中加入稀盐酸、H2O2后,过滤所得滤液中含Ce3+,故此时CeO2发生化学反应而溶解,CeO2被还原为Ce3+,则H2O2被氧化为O2,反应②的离子方程式为2CeO2+H2O2+6H+2Ce3++O2↑+4H2O。
(2)与“暴露空气中”相比,“在对流空气氧化炉中”氧气能维持较高浓度,发生氧化反应的表面积增大,化学反应速率较快,氧化时间缩短。
(3)①电解池中,阳极发生失电子的反应(氧化反应)。图中电解装置的阳极为Ce2O3,溶液为Ce(SO4)2、H2SO4的混合溶液,故为Ce2O3(Ce元素为+3价)失电子生成Ce(SO4)2(Ce元素为+4价),阳极的电极反应式为Ce2O3-2e-+6H+2Ce4++3H2O。图中阳极产物Ce4+在阴极排出,则电解池中的交换膜为阳离子交换膜。
②Ce(SO4)2是重要的氧化剂,则NaNO2被其氧化为NaNO3,酸性条件下它们发生反应的离子方程式为2Ce4++N+H2O2Ce3++N+2H+。
答案 (1)CeO2、SiO2 2CeO2+H2O2+6H+2Ce3++O2↑+4H2O
(2)4Ce(OH)3+O2+2H2O4Ce(OH)4 空气对流能使氧气浓度增大,使氧化表面积增大
(3)①Ce2O3-2e-+6H+2Ce4++3H2O 阳
②2Ce4++N+H2O2Ce3++N+2H+
5.(2017年全国Ⅰ卷,27改编)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。废旧电池正极片(磷酸亚铁锂、炭黑和铝箔等)可再生利用,利用其合成Li2CO3的工艺流程如图所示:
已知碳酸锂在水中的溶解度:0 ℃时为1.54 g,90 ℃时为0.85 g,100 ℃时为0.71 g。
回答下列问题:
(1)上述流程中至少需要经过 次过滤操作。
(2)“氧化”反应的离子方程式为 ;若用HNO3代替H2O2,其不足之处是 。
(3)①已知Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39。常温下,在Fe(OH)3悬浊液中,当溶液的pH=3.0时,Fe3+的浓度为 mol·L-1。
②实际生产过程中,“调节pH”生成沉淀时,溶液pH与金属元素的沉淀百分率(w)的关系如表:
pH
3.5
5.0
6.5
8.0
10.0
12.0
w(Fe)/%
66.5
79.2
88.5
97.2
97.4
98.1
w(Li)/%
0.9
1.3
1.9
2.4
4.5
8.0
则最佳的沉淀pH= 。
(4)“沉锂”时的温度应选 (填字母)为宜,并用 (填“热水”或“冷水”)洗涤。
a.90 ℃ b.60 ℃ c.30 ℃ d.0 ℃
(5)磷酸亚铁锂电池在工作时,正极发生LiFePO4和FePO4的转化,该电池放电时正极的电极反应式为 。
(6)工业上可以用FePO4、Li2CO3和H2C2O4作原料高温焙烧制备 LiFePO4,该反应的化学方程式为 。
解析 加氢氧化钠溶液后,铝箔溶解,通过过滤除去含铝的溶液(经过一系列操作,最终过滤得到Al),滤渣加入硫酸,溶解磷酸亚铁锂,炭黑不溶,再过滤除去炭黑,滤液中加入H2O2,将Fe2+氧化成Fe3+,加入NaOH和NH3·H2O调节pH,使Fe3+变成Fe(OH)3沉淀。过滤后除去沉淀,滤液中加入碳酸钠,碳酸锂在水中的溶解度很小,把易溶的硫酸锂转化为微溶的碳酸锂。
(1)根据上述分析可知流程中至少需要经过5次过滤操作。
(2)H2O2具有强氧化性,可以把Fe2+氧化生成Fe3+,此反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O;若用HNO3代替H2O2容易产生具有污染性的氮的氧化物气体。
(3)①pH=3.0时,c(H+)=1.0×10-3 mol·L-1,c(OH-)=1.0×10-11 mol·L-1,Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39,所以c(Fe3+)= mol·L-1=2.6×10-6 mol·L-1;②由图表数据分析可知pH=8时,铁元素的沉淀率较高,锂元素损失量较小,故应调节pH=8。
(4)碳酸锂在水中的溶解度:0 ℃时为1.54 g,90 ℃时为0.85 g,100 ℃时为0.71 g。90 ℃ 反应速率较快,而且碳酸锂溶解度较小,所以“沉锂”时的温度应选90 ℃为宜,并用热水洗涤。
(5)磷酸亚铁锂电池在工作时,正极上发生还原反应,所以是FePO4得电子,该电池放电时正极的电极反应式为FePO4+e-+Li+LiFePO4。
(6)用FePO4、Li2CO3和H2C2O4作原料高温焙烧制备LiFePO4,根据元素守恒即可得到化学方程式为2FePO4+ Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑。
答案 (1)5
(2)H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O 产生氮的氧化物,污染空气
(3)①2.6×10-6 ②8.0
(4)a 热水
(5)FePO4+e-+Li+LiFePO4
(6)2FePO4+ Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑
⦾类题一 物质制备型工艺流程题
1.(2019年湖北龙泉中学、随州一中、天门中学三校高三联考)工业上利用氧化铝基废催化剂(主要成分为Al2O3,含少量Pd)回收Al2(SO4)3及Pd的流程如图所示:
注:焙烧温度不宜过高,否则(NH4)2SO4会分解
(1)焙烧时产生的气体X的电子式为 。
(2)水浸分离中,滤渣Pd的颗粒比较大,一般可以采用的分离方法是 (填字母)。
A.过滤 B.抽滤 C.渗析 D.倾析
(3)写出酸浸时发生反应的离子方程式: 。(已知氯钯酸为弱酸)
(4)某同学在实验室用如图所示装置完成Pd的热还原实验,并计算滤渣中(NH4)2PdCl6的百分含量(滤渣中的杂质不参与热还原反应)。
①写出热还原法过程中发生反应的化学方程式: 。
②ⅰ.将空的石英玻璃管(带开关K1和K2,设为装置A)称重,记为m1 g。将滤渣[(NH4)2PdCl6]装入石英玻璃管中,再次将装置A称重,记为m2 g。
ⅱ.连接好装置后,按d→ → →b→ → →e顺序进行实验。(填字母)
a.点燃酒精灯,加热
b.熄灭酒精灯
c.关闭K1和K2
d.打开K1和K2
e.称量A
f.冷却至室温
g.缓缓通入H2
ⅲ.重复上述操作步骤,直至A恒重,记为m3 g。
③根据实验记录,计算滤渣中(NH4)2PdCl6的百分含量 [列式表示,其中(NH4)2PdCl6的相对分子质量为355]。
④实验结束时,发现石英玻璃管右端有少量白色固体,可能是 (填化学式),这种情况导致实验结果 (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
解析 (1)根据物质的组成分析知,焙烧时产生的气体X为氨气,电子式为H。
(2)由于滤渣Pd的颗粒比较大,沉在溶液底部,一般可以采用的分离方法是倾析。
(3)根据流程图知酸浸时,Pb与硝酸发生氧化还原反应,生成H2PdCl6和NO2,离子方程式为Pd +4N+6Cl-+10H+H2PdCl6+4NO2↑+4H2O。
(4)①根据流程图知,该热还原法的化学方程式为(NH4)2PdCl6+ 2H2Pd+2NH3+6HCl。
②根据实验原理分析实验过程可知,为防止干扰先通入氢气排出装置中的空气,然后加热,等冷却至室温后再关闭K1和K2,所以过程为打开K1和K2,缓缓通入H2,点燃酒精灯,加热,熄灭酒精灯,冷却至室温,关闭K1和K2,称量A,故顺序为dgabfce。
③设(NH4)2PdCl6的质量为x g,则
(NH4)2PdCl6~Pd Δm
355 106 249
x g (m2-m3)g
x=,滤渣的质量为(m2-m1)g,则滤渣中(NH4)2PdCl6的百分含量为。
④还原(NH4)2PdCl6时,生成氨气和氯化氢,可能氨气与氯化氢反应生成白色固体NH4Cl;由于产生氯化铵固体,导致m3偏大,所以这种情况会使实验结果偏低。
答案 (1)H
(2)D
(3)Pd+4N+6Cl-+10H+H2PdCl6+4NO2↑+ 4H2O
(4)①(NH4)2PdCl6+ 2H2Pd+2NH3+6HCl
②g a f c ③ ④NH4Cl 偏低
2.(2019年河南中原名校高三下学期第一次联考)重铬酸钠是一种用途极广的氧化剂,工业上可以用铬铁矿[主要成分为Fe(CrO2)2(或写成FeO·Cr2O3),还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质]制备,同时还可回收Cr。其主要工艺流程如图所示:
已知部分物质的溶解度曲线如图1所示。
图1
请回答下列问题:
(1)煅烧生成Na2CrO4的化学方程式为 。
(2)煅烧后的浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外,还含有 (填化学式)。
(3)调节溶液的pH所选的试剂为 (填名称)。
(4)操作a的实验步骤为 。
(5)加入Na2S溶液反应后,硫元素全部以S2的形式存在,写出生成Cr(OH)3的离子方程式: 。
(6)采用石墨电极电解Na2CrO4溶液制备Na2Cr2O7,其原理如图2所示。
图2
①写出电极b的电极反应式: 。
②测定阳极液中Na元素和Cr元素的含量,若Na元素与Cr元素的物质的量之比为n,则此时Na2CrO4的转化率为 。
(7)根据有关国家标准,含Cr的废水要经化学处理,使其浓度降至5.0×10-7 mol·L-1 以下才能排放。可采用加入可溶性钡盐生成BaCrO4[Ksp(BaCrO4)=1.2×10-10]沉淀,再加入硫酸处理多余的Ba2+的方法处理废水,加入可溶性钡盐后,废水中Ba2+的浓度应不小于 mol·L-1 ,废水才能达到国家排放标准。
解析 (1)铬铁矿的主要成分为Fe(CrO2)2,还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质, 加入纯碱和空气高温煅烧生成Na2CrO4的化学方程式为4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2。
(2)根据调节pH后产生滤渣Al(OH)3和H2SiO3可知,浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外还有Na2SiO3、NaAlO2。
(3)根据酸化产物有Na2SO4可知,调节溶液pH所选的试剂为稀硫酸。
(4)溶液通过操作a后混合物分离为溶液a和固体b两部分,从溶液a可以提取重铬酸钠晶体,则固体b为硫酸钠晶体,根据溶解度曲线可知,硫酸钠的溶解度在较高温度下较小,在较低温度下也较小,故可以蒸发浓缩得到硫酸钠的饱和溶液,再降温结晶析出硫酸钠晶体,所以操作a为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。
(5)加入Na2S溶液反应后,硫元素全部以S2的形式存在,Cr生成Cr(OH)3,离子方程式为23H2O+6S2-+ 8Cr8Cr(OH)3↓+3S2+22OH-。
(6)①根据电池的正、负极确定电极b为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+。
②电解制备Na2Cr2O7过程的总反应式为2Na2CrO4+3H2ONa2Cr2O7+2NaOH+2H2↑+O2↑,设加入反应容器内的Na2CrO4为1 mol,反应过程中有x mol Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,则阳极区剩余Na2CrO4为(1-x)mol,对应的n(Na)=2(1-x) mol,n(Cr)=(1-x) mol,生成的Na2Cr2O7为 mol,对应的n(Na)=x mol, n(Cr)=x mol,Na与Cr的物质的量之比为n,计算得出x=2-n,转化率为×100%=(2-n)×100%。
(7)Ksp(BaCrO4)=1.2×10-10,所以c(Ba2+)== mol·L-1=2.4×10-4 mol·L-1。
答案 (1)4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2
(2)Na2SiO3、NaAlO2
(3)稀硫酸
(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
(5)23H2O+6S2-+ 8Cr8Cr(OH)3↓+3S2+22OH-
(6)①2H2O-4e-O2↑+4H+ ②(2-n)×100%
(7)2.4×10-4
3.(2019年江西师范大学附属中学高三三模)氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于醇和水,可溶于氯离子浓度较大的体系,在潮湿空气中易水解氧化。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料,采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺流程如图1所示:
图1
请回答下列问题:
(1)若步骤①中得到的氧化产物只有一种,则它的化学式是 。
(2)写出步骤③中主要反应的离子方程式: 。
(3)步骤⑤包括用pH=2的溶液酸洗、水洗两步操作,酸洗采用的酸是 (写酸的名称)。
(4)上述工艺中,步骤⑥和⑦的作用是 。
(5)氯化亚铜产率与温度、溶液pH的关系如图2所示。据图分析,流程化生产氯化亚铜的过程中,温度过低影响CuCl产率的原因是 ;温度过高、pH过大也会影响CuCl产率的原因是 。
图2
解析 酸性条件下N具有氧化性,可氧化海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)生成硫酸铜,过滤后在滤液中加入亚硫酸铵、氯化铵发生氧化还原反应生成CuCl,化学方程式为2Cu2++S+2Cl-+H2O2CuCl↓+S+2H+,得到的CuCl经硫酸酸洗,水洗后再用乙醇洗涤,可快速除去固体表面的水分,防止水解、氧化。
(1)步骤①中海绵铜与硝酸铵、水、硫酸反应,酸性条件下N具有氧化性,将Cu氧化为Cu2+,氧化产物只有一种,为CuSO4。
(3)由流程可知,经酸洗、水洗后得到硫酸铵,则应加入硫酸,为防止CuCl溶解,不能加入硝酸等氧化性酸,也不能加入盐酸,防止引入新杂质。
(4)由于CuCl难溶于醇和水,可溶于氯离子浓度较大的体系,在潮湿空气中易水解氧化,步骤⑥醇洗,步骤⑦烘干,目的是使CuCl干燥,防止其水解氧化。
答案 (1)CuSO4
(2)2Cu2++S+2Cl-+H2O2CuCl↓+S+2H+
(3)硫酸
(4)使CuCl干燥,防止其水解氧化
(5)温度过低反应速率慢 温度过高、pH过大,容易向CuO和Cu2O转化,且温度过高,铵盐(氯化铵、亚硫酸铵)易受热分解(合理即可)
4.(2019年广东深圳高三4月第二次调研)重铬酸钾常用作有机合成的氧化剂和催化剂等。由含铬废液(主要含Cr3+、Fe3+、K+、S等)制备K2Cr2O7的流程如图1所示。
图1
已知:Ⅰ.在酸性条件下,H2O2能将Cr2还原为Cr3+;
Ⅱ.相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Cr3+
4.9
6.8
Fe3+
1.5
2.8
回答下列问题:
(l)滤渣②的主要成分为 (填化学式)。
(2)写出“氧化”步骤中反应的化学方程式: 。
(3)“加热”操作的目的是 。
(4)“酸化”过程中发生反应2Cr+2H+Cr2+H2O (K=4×1014 )。已知“酸化”后溶液中c(Cr2)=1.6×10-3 mol·L-1,则溶液中c(Cr)= 。
(5)“结晶”后得到K2Cr2O7(M=294 g·mol-1)产品0.5000 g,将其溶解后用稀H2SO4酸化,再用浓度为1.0000 mol·L-l (NH4)2Fe(SO4)2 标准溶液滴定,滴定终点消耗标准溶液的体积为9.00 mL,则产品的纯度为 。[滴定反应为K2Cr2O7+6(NH4)2Fe(SO4)2+7H2SO4K2SO4+Cr2(SO4)3+6(NH4)2SO4+3Fe2(SO4)3+7H2O]
(6)在K2Cr2O7存在下,可利用微生物电化学技术实现含苯酚废水的有效处理,其工作原理如图2所示。
图2
①负极的电极反应式为 。
②一段时间后,中间室中NaCl溶液的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”)。
解析 含铬废液(主要含Cr3+、Fe3+、K+、S等)加入KOH溶液调节pH=7~8,生成Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀,过滤后得滤渣①为Cr(OH)3和Fe(OH)3;向滤渣①加入过量H2O2溶液和KOH溶液,Cr(OH)3
在碱性条件下被氧化为K2CrO4进入溶液,滤渣②的主要成分为Fe(OH)3;滤液②经加热除去过量H2O2,冷却后酸化至pH=1,结晶析出K2Cr2O7晶体,以此分析解答。
(1)根据以上分析,滤渣②的主要成分为Fe(OH)3。
(2)“氧化”步骤中Cr(OH)3在碱性条件下被H2O2氧化为K2CrO4,化学方程式为2Cr(OH)3+3H2O2+4KOH2K2CrO4+8H2O。
(3)根据题给信息,在酸性条件下,H2O2能将Cr2还原为Cr3+,所以酸化之前,要除去H2O2,故 “加热”操作的目的是除去过量H2O2。
(4)K=,酸化后pH=1,c(H+)=0.1 mol·L-1,c(Cr2)=1.6×10-3 mol·L-1,则溶液中c(Cr)= mol·L-1=2×10-8 mol·L-1。
(5)根据反应关系K2Cr2O7~6(NH4)2Fe(SO4)2,n(K2Cr2O7)=n[(NH4)2Fe(SO4)2]=×1.0000 mol·L-l×0.009 L=0.0015 mol,则产品的纯度为×100%=88.20%。
(6)①由图可知,负极发生氧化反应,C6H5OH失电子生成CO2,根据电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知电极反应式为C6H5OH+11H2O-28e-6CO2↑+28H+。
②负极产生的H+通过阳离子交换膜进入中间室,正极产生的OH-通过阴离子交换膜也进入中间室,H+和OH-反应生成水,溶液体积增大,NaCl溶液的浓度将减小。
答案 (1)Fe(OH)3
(2)2Cr(OH)3+3H2O2+4KOH2K2CrO4+8H2O
(3)除去过量H2O2
(4)2×10-8 mol·L-1
(5)88.20%
(6)①C6H5OH+11H2O-28e-6CO2↑+28H+
②减小
⦾类题二 物质分离提纯型工艺流程题
1. (2019年河北中原名校联盟高三联考)一种利用钢铁厂烟灰(含Fe、Mn、SiO2,少量的Al2O3、CaO及MgO)制备MnCO3的工艺流程如图:
25 ℃时,难溶物的溶度积常数如下:
难溶物
CaF2
MgF2
MnCO3
Mn(OH)2
Ksp
4.0×10-11
6.4×10-9
2.2×10-11
1.9×10-13
回答下列问题:
(1)步骤(Ⅰ)浸渣的主要成分是 (填化学式)。
(2)步骤(Ⅱ)加H2O2溶液时反应的离子方程式为 。
加氨水调节pH沉铁铝时,步骤(Ⅲ)应调节的pH适宜范围为 。部分金属离子开始沉淀与沉淀完全的pH范围如下:
金属离子
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mn2+
Mg2+
沉淀pH
范围
7.6~9.6
2.7~3.7
3.4~5.2
8.3~9.3
9.6~11.1
(3)步骤(Ⅳ)用KF溶液沉钙镁时,要使c(Ca2+)、c(Mg2+)均小于1×10-6 mol·L-1,则应控制反应液中c(F-)> mol·L-1;反应MgF2(s)+Ca2+CaF2(s)+Mg2+的平衡常数K= 。
(4)步骤Ⅴ沉锰时,在60 ℃按投料比=2,溶液的pH对MnCO3产率的影响如图1所示;pH=7,按投料比=2,反应温度对MnCO3产率的影响如图2所示。
图1
图2
①图1中,在pH<7.0时,pH越小产率 (填“越高”或“越低”);在pH>7.0时,pH越大产率越低且纯度也降低,其原因是 。
②图2中,温度高于60℃时,温度越高产率越低且纯度也越低,主要原因是 。
解析 由流程图可知,向钢铁厂烟灰中加入浓硫酸并加热,烟灰中Fe、Mn、Al2O3、CaO及MgO溶解,酸性氧化物SiO2不溶解,过滤得到浸液和浸渣;向浸液中加入双氧水溶液,将Fe2+氧化为Fe3+,加入氨水调节溶液pH,Fe3+和Al3+转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀,加入氟化钾溶液,将Ca2+和Mg2+转化为氟化钙和氟化镁沉淀,过滤得到含Mn2+的滤液;向含Mn2+的滤液中加入碳酸铵溶液,Mn2+转化为碳酸锰沉淀,过滤、洗涤、干燥得到碳酸锰产品。
(1)步骤(Ⅰ)浸渣的主要成分是不与浓硫酸反应的酸性氧化物SiO2。
(2)步骤(Ⅱ)加H2O2溶液时,双氧水将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O;加入氨水的目的是调节溶液pH,使溶液中Fe3+和Al3+转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀而除去,而Mn2+不能沉淀,由题给表格数据可知,应调节的pH适宜范围为5.2~8.3。
(3)用KF溶液沉钙镁时,溶度积小的CaF2沉淀先生成,MgF2沉淀后生成,则c(Mg2+)小于1×10-6 mol·L-1时,溶液中c(F-)>= mol·L-1=0.08 mol·L-1;反应MgF2(s)+Ca2+CaF2(s)+Mg2+的平衡常数K=====160。
(4) ①由图1可知,在60 ℃按投料比=2下,pH<7.0时,pH越小MnCO3产率越小;由表格所给溶度积可知,pH>7.0时,溶液碱性增强,MnCO3会有部分转化为溶度积更小的Mn(OH)2,导致产率和纯度降低。
②由图2可知,60℃时,MnCO3产率最大,温度高于60 ℃时,温度升高MnCO3水解程度越大,而且(NH4)2CO3和MnCO3会发生热分解,导致产率和纯度降低。
答案 (1)SiO2
(2)2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O 5.2~8.3
(3)0.08 160
(4)①越低 部分MnCO3转化为溶度积更小的Mn(OH)2 ②温度越高MnCO3水解程度越大[或温度升高,(NH4)2CO3和MnCO3会发生热分解]
2.(2019年东北三省三校高三下学期第二次模拟)黄钾铁矾渣经如下流程可将其转化为锰锌铁氧体:
已知:①黄钾铁矾渣中铁元素主要以Fe2O3形式存在,锌元素主要以ZnSO4、ZnO、ZnSiO3形式存在,黄钾铁矾渣的某些元素成分如下表所示:
元素
Fe
Zn
Cu
Cd
Ca
Mg
Si
质量分数/%
28.9
8.77
0.37
0.18
0.37
0.84
4.63
②NH4F溶液用于沉淀Mg2+和Ca2+。
③Fe和Cd的金属活动性相近。
(1)“酸浸”后,滤渣1的主要成分为 (写化学式);为了提高浸出率,可采取的措施有 (写出一种即可)。
(2)“还原除杂”工序中,加入铁粉是为了除去溶液中 、 等金属杂质离子。
(3)加入(NH4)2S沉淀Cd2+时应避免过量,原因是 ;若此过程中溶液搅拌时间过长,则会导致Cd2+去除率偏低,原因是 。(已知:CdS的溶度积Ksp=8×10-27,FeS的溶度积Ksp=8×10-19,ZnS的溶度积Ksp=8×10-24)
(4)写出“共沉淀”工序中生成FeCO3的离子方程式: 。
(5)锰锌铁氧体是种重要的磁性材料。测定锰锌铁氧体中ZnO质量分数的实验步骤如下:
①写出除锰(Mn2+)步骤中的离子方程式: 。
②准确量取25.00 mL溶液A,掩蔽铁后,用二甲酚橙作指示剂,用0.0100 mol·L-1的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定其中的Zn2+(反应原理为Zn2++H2Y2-ZnY2-+2H+),至滴定终点时消耗EDTA标准溶液体积为20.00 mL。通过计算确定该锰锌铁氧体中ZnO的质量分数为 。
解析 (1)黄钾铁矾渣加入硫酸酸浸,硅酸锌与硫酸反应生成硅酸,则滤渣1为H2SiO3,为了提高浸出率,可采取的措施有适当提高硫酸浓度、升高温度、搅拌、粉碎原料。
(2)“还原除杂”工序中,加入铁粉是为了除去溶液中Fe3+、Cu2+等金属杂质离子,反应的离子方程式为Fe+2Fe3+3Fe2+、Fe+Cu2+Fe2++Cu。
(4)“共沉淀”工序中硫酸亚铁与碳酸氢铵反应生成FeCO3、硫酸铵、二氧化碳和水,反应的离子方程式为Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O。
(5)①除锰(Mn2+)步骤中(NH4)2S2O8将锰离子氧化生成二氧化锰而除去,反应的离子方程式为S2+Mn2++2H2O2S+MnO2↓+4H+。
②根据反应Zn2++H2Y2-ZnY2-+2H+可知,n(ZnO)=n(Zn2+)=n(EDTA)=0.0100 mol·L-1×20.00×10-3 L=2.0×10-4 mol;该锰锌铁氧体中ZnO的质量分数为×100%=16.20%。
答案 (1)H2SiO3 适当提高硫酸浓度、升高温度、搅拌、粉碎原料(合理即可)
(2)Fe3+ Cu2+
(3)(NH4)2S过量,Fe2+、Zn2+会转化为FeS、ZnS沉淀,造成Fe2+、Zn2+损失 当搅拌时间过长时,部分Fe2+被氧化成Fe3+,Fe3+会与S2-发生反应,使S2-浓度下降,从而导致去除率降低(也可能是O2将S2-氧化,造成S2-浓度下降)
(4)Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O
(5)①S2+Mn2++2H2O2S+MnO2↓+4H+ ②16.20%
3.(2019年四川泸州高三第二次教学质量诊断性考试)钛酸锂电池应用广泛,电池放电后负极材料主要含有Li4Ti5O12、铝箔及少量Fe,可通过下列工艺流程回收钛、 锂。回答下列问题:
(1)Li4Ti5O12中,Ti元素的化合价为 ,滤液1中含金属元素的阴离子是 (填离子符号)。
(2)“酸浸”时 Li4Ti5O12发生的反应是Li4Ti5O12+7H2SO4+5H2O22Li2SO4+5[TiO(H2O2)]SO4+7H2O,该反应是否属于氧化还原反应? (填 “是” 或 “否”);滤渣1是 。
(3)向[TiO(H2O2)]SO4溶液中加入Na2SO3溶液发生反应的离子方程式为 。
(4)向TiOSO4溶液中通入NH3发生反应的离子方程式为 。
(5)沉淀TiO(OH)2用蒸馏水洗涤的目的是 。
(6)萃取时,温度对萃取率的影响如图所示。由图分析知实验时选择在常温下进行即可,理由是 。
(7)“萃取”和“反萃取”可简单表示为[TiO(H2O2)]2++2(HA)2[TiO(H2O2)](HA2)2+2H+,则反萃取过程中加入的试剂X是 。
解析 (1) Li4Ti5O12中,Li为+1价,O为-2价,则 Ti元素的化合价为+4;“碱浸”时铝箔溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠,其他成分不溶于碱,过滤后滤液中含有偏铝酸钠,所以滤液1中含有的金属元素阴离子是Al。
(2)由反应的化学方程式 Li4Ti5O12+7H2SO4+5H2O22Li2SO4+5[TiO(H2O2)]SO4+7H2O可知,反应前后元素化合价没发生变化,所以该反应不是氧化还原反应。“碱浸”后的固体加入硫酸和过氧化氢“酸浸氧化”,Fe转化为Fe3+,加入氢氧化钠溶液调pH生成Fe(OH)3沉淀过滤除去,故滤渣1是Fe(OH)3。
(3) [TiO(H2O2)]SO4与Na2SO3溶液发生氧化还原反应,反应的离子方程式为[TiO(H2O2)]2++STiO2++S+H2O。
(4)由流程可知,TiOSO4溶液中通入NH3会发生反应生成TiO(OH)2沉淀,反应的离子方程式为TiO2++2NH3+ 2H2OTiO(OH)2↓+2N。
(5)沉淀TiO(OH)2表面会吸附溶液中的硫酸盐,所以要用蒸馏水洗涤除去杂质。
(6)由温度对萃取率的影响图可知,常温下钛的萃取率已经比较高(90%以上),温度升高对萃取率的影响幅度很小,所以不必升温,实验时选择在常温下进行即可。
(7)[TiO(H2O2)]2++2(HA)2[TiO(H2O2)](HA2)2+2H+,根据平衡移动原理,反萃取过程是使平衡逆向移动,可以采取增大生成物浓度的方法,即增大c(H+),加入的试剂X是H2SO4。
答案 (1)+4 Al
(2)否 Fe(OH)3
(3)[TiO(H2O2)]2++STiO2++S+H2O
(4)TiO2++2NH3+2H2OTiO(OH)2↓+2N
(5)除去沉淀表面的硫酸盐杂质
(6)因常温下钛的萃取率已经比较高(90%以上),温度升高对萃取率的影响幅度很小,所以不必升温
(7)H2SO4
4.(2019年湖南长沙雅礼中学高三下学期一模)镍钼矿(含有MoS2、NiS2、NiS、FeS2、SiO2和C等)为我国特有的一种多金属复杂硫化矿资源,常用来进行钾、镍等战略有色金属的提取。其冶炼工艺主要有氧化焙烧法和选择性还原熔炼法两种。过程如图所示:
(1)选择性还原熔炼法比氧化焙烧法的优点有 。
(2)还原熔炼时,FeS2发生的反应为3FeS2+6Na2CO3+11C+8O23Fe+6Na2S+17CO2,写出NiS发生反应的化学方程式: 。
(3)水浸液中主要含有Na2S、Na2MoO4、Na2CO3、Na2SiO3等,向其中通入适量CO2和空气,然后过滤,所得滤渣的主要成分为 。
(4)已知钼酸钠溶液中c(Mo)=0.40 mol·L-1,c(C)=0.10 mol·L-1。由钼酸钠溶液制备钼酸钠晶体时,需加入Ba(OH)2固体以除去C。当BaMoO4开始沉淀时,C的去除率是 。[已知Ksp(BaCO3)=1×10-9,Ksp(BaMoO4)=4×10-8]
(5)用阴离子交换树脂吸附、提取溶液中的钼,该树脂经解吸、除杂后,用盐酸或硝酸将其酸化至pH=1.5~2.5,可得到钼酸铵产品。试剂a可以是 。
(6)钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂。常温下,碳素钢在两种不同介质中的腐蚀速率实验结果如图所示:
①要使碳素钢的缓蚀效果最优,钼酸钠和月桂酰肌氨酸的浓度比应为 。
②当硫酸的浓度大于90%时,腐蚀速率几乎为零,原因是 。
解析 (3)空气中含有的O2具有氧化性,会将S2-氧化为S单质;由于碳酸的酸性比硅酸的酸性强,Na2SiO3与CO2及水发生反应产生H2SiO3,难溶于水,而Na2MoO4、Na2CO3能溶于水,因此得到的滤渣成分为H2SiO3、S。
(4)钼酸钠溶液中c(Mo)=0.40 mol·L-1,Ksp(BaMoO4)=4×10-8,因此当溶液中Mo开始形成沉淀时,c(Ba2+)== mol·L-1=1.0×10-7 mol·L-1,此时由于Ksp(BaCO3)=1×10-9,溶液中
c(C)== mol·L-1=0.010 mol·L-1,反应开始时c(C)=0.10 mol·L-1,所以C的去除率为×100%=90%。
(5)用钼酸钠溶液制备钼酸铵,要用氨水解吸、除杂后,用盐酸或硝酸将其酸化至pH=1.5~2.5,可得到钼酸铵产品。试剂a可以是NH3·H2O。
答案 (1)不生成SO2污染空气、直接将Mo与Ni和Fe分离、得到的镍铁合金中Ni的含量高
(2)2NiS+2Na2CO3+C2Ni+2Na2S+3CO2↑
(3)H2SiO3、S
(4)90%
(5)NH3·H2O
(6)①1∶1 ②浓硫酸会使铁发生钝化
