特训十三工业流程题.DOC

1、 特训十三 工业流程题 填空题 1.高铁酸钾 (K2FeO4)是一种新型、高效、多功能 水处理剂。下面是以铁屑为原料制备 K2FeO4的工艺流程图： 请回答下列问题： (1)氯气与铁屑反应生成 FeCl3的条件是 _，其生成物氯化铁也可作净水剂，其净水原理为 _。 (2)流程图中的吸收剂 X 为 _(选填字母代号 )。 a.NaOH 溶液 b.Fe 粉 c.FeSO4溶液 d.FeCl2溶液 (3)氯气与 NaOH 溶液反应生成氧化剂 Y 的离子方程式为 _。 (4)反应 的化学方程式为 _， 该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 _。 (5)K2FeO4的净水原理是： 4FeO24 10H

2、2O 4Fe(OH)3 8OH 3O2 ，该反应生成具有吸附性的 Fe(OH)3。用上述方法制备的粗 K2FeO4需要提纯，可采用 重结晶、洗涤、低温烘干的方法，洗涤剂可选用稀 KOH 溶液，原因是_。 (6)测定制备的粗 K2FeO4的纯度可用滴定法，滴定时有关反应的离子方程式为： FeO24 CrO2 2H2O=CrO24 Fe(OH)3 OH 2CrO24 2H =Cr2O27 H2O Cr2O27 6Fe2 14H =2Cr3 6Fe3 7H2O 现称取 1.98 g 粗 K2FeO4样品溶于适量 KOH 溶液中，加入稍过量的 KCrO2，充分反应后过滤，滤液在 250 mL 容量瓶中

3、定容。每次取 25.00 mL 加入稀硝酸酸化，用 0.100 0 molL 1的 (NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定，三次滴定消耗标准溶液的平均体积为 18.93 mL，则上述样品中 K2FeO4的质量分数为 _。 解析 (1)铁在氯气中 燃烧生成 FeCl3。氯化铁可用于净水是因为 Fe3 水解生成的Fe(OH)3胶体具有吸附性，能吸附水中的悬浮物质。 (2)尾气为 Cl2，与吸收剂 FeCl2溶液反应生成 FeCl3，以备后续操作使用。 (3)NaOH溶液与 Cl2反应生成 NaCl、NaClO、 H2O，氧化剂 Y为 NaClO。 (4)反应 的化学方程式为 2FeCl3 3Na

4、ClO 10NaOH=2Na2FeO4 9NaCl 5H2O，其中氧化剂为 NaClO，还原剂为 FeCl3，二者的物质的量之比为 3 2。 (5)由题给的可逆反应可知， OH 为生成物，故在碱性溶液中，该反应向逆反应方向进行，可减少洗涤时 K2FeO4的损失。 (6)根据反应 ，可得关系式： 2FeO24 2CrO24 Cr2O27 6Fe2 ，即 FeO24 3Fe2 ，则样品中 K2FeO4的质量分数为 0.100 0 molL 1 0.018 93 L 13 250 mL25.00 mL 198 gmol 11.98 g 100% 63.1%。 答案 (1)点燃 Fe3 水解生成的 F

5、e(OH)3胶体具有吸附性，能吸附水中的悬浮杂质 (2)d (3)Cl2 2OH =Cl ClO H2O (4)2FeCl3 3NaClO 10NaOH=2Na2FeO4 9NaCl 5H2O 3 2 (5)碱性溶液中，上述反应向逆反应方向进行，可减少洗涤时 K2FeO4的损失 (6)63.1% 2.利用生产硼砂的废渣 硼镁泥 (主要成分为 MgCO3、 SiO2，还含有少量 Fe2O3、MnO、 CaO 等 )为主要原料制取轻质碳酸镁 MgCO3Mg(OH)22H2O的工业流程如下： (1)写出 “ 酸溶 ” 一步中， MgCO3和硫酸反应的 化学方程式 _ _。 酸溶时硫酸稍过量 (pH

6、约为 2)，目的是 _ _。 (2)滤渣 2 的主要成分有 MnO2和 _，写出生成 MnO2的离子方程式_ _。 (3)“ 合成 ” 时需通蒸汽至 80 ，边加热边搅拌，温度控制在 80 的原因是_ _， 写出该步发生反应的化学方程式 _ _。 解析 (1)MgCO3与 H2SO4生成 MgSO4、 CO2和 H2O。硫酸过量，使 MgCO3溶解充分，提高酸溶率。 (2)滤渣 1为 SiO2、 CaSO4。加 NaClO氧化 Mn2 使其生成MnO2沉淀，调节 pH使 Fe3 以 Fe(OH)3沉淀析出。 ClO 将 Mn2 氧化为 MnO2，自身被还原为 Cl ，注意开始加 45%硫酸，溶

7、液呈酸性。 (3)温度低，反应速率慢，温度高，轻质碳酸镁会分解。 MgSO4与 (NH4)2CO3反应生成 MgCO3Mg(OH)22H2O沉淀、 (NH4)2SO4及 CO2，根据原子守恒配平。 答案 (1)MgCO3 H2SO4=MgSO4 H2O CO2 使 MgCO3完全转化为MgSO4 (2)Fe(OH)3 Mn2 ClO H2O=MnO2 2H Cl (3)温度过低，反应速率慢；温度过高，碳酸铵分解 (或轻质碳酸镁分解 ) 2MgSO4 2(NH4)2CO3 3H2O=MgCO3Mg(OH)22H2O 2(NH4)2SO4 CO2 3.以硅孔雀石主要成分 为 CuCO3Cu(OH)

8、2、 CuSiO32H2O，含 SiO2、 FeCO3、 Fe2O3等杂质 为原料制备 CuCl2的 工艺流程如下： 已知： SOCl2 H2O= SO2 2HCl (1)“ 酸浸 ” 时盐酸与 CuCO3Cu(OH)2反应的化学方程式为 _ _。 为提高 “ 酸浸 ” 时铜元素的浸出率，可以采取的措施有： 适当提高盐酸浓度； 适当提高反应温度； _ _。 (2)“ 氧化 ” 时发生反应的离子方程式为 _ _。 (3)“ 滤渣 2” 的主要成分为 _(填化学式 )； “ 调 pH” 时， pH 不能过高，其原因是 _ _。 (4)“ 加热脱水 ” 时，加入 SOCl2的目的是 _。 解析 (1

9、)CuCO3Cu(OH)2可以看成是 CuCO3和 Cu(OH)2分别与 HCl反应生成 CO2和 H2O。 “ 铜的浸出率高 ” 即溶解在溶液的含铜量高，可以通过升温、提高酸的浓度、增大接触面积以及延长反应时间达到目的。 (2)硅孔雀石中加入 HCl后，滤渣为 SiO2和 H2SiO3，滤液中含有 Cu2 、 Fe2 和 Fe3 ，通入 Cl2氧化 Fe2 生成 Fe3 。 (3)Fe3 水解反应为 Fe3 3H2O Fe(OH)3 3H ，加入试剂 X，可以是CuO，用于调节 pH，使得 Fe3 完全转化为 Fe(OH)3沉淀， pH不能过高，否则 Cu2 也会转化为 Cu(OH)2沉淀。

10、 (4)SOCl2吸水生成 HCl，在 HCl气氛中 CuCl2xH2O脱水可以抑制 Cu2 水解。 答案 (1)CuCO3Cu(OH)2 4HCl=2CuCl2 CO2 3H2O 适当加快搅拌速率，适当延长酸浸时间 (2)Cl2 2Fe2 =2Fe3 2Cl (3)Fe(OH)3 防止 Cu2 转化为 Cu(OH)2沉淀 (4)生成的 HCl 抑制 CuCl2的水解 4.(2016扬州高三 5 月第四次模拟 )粗碳酸锂 (含有 Na 、 K 、 Ca2 等杂质离子 )制备高纯碳酸锂的工艺流程如下： 碳酸锂 溶解度与温度的关系见下表： 温度 / 0 20 40 60 80 100 溶解度 /g

11、 1.54 1.33 1.17 1.01 0.85 0.72 (1)浆料酸化时，温度不宜超过 25 的主要原因是 _ _。 判断酸化过程已经结束的明显现象为 _。 (2)已知 KspCa3(PO4)2 2.0 10 29， 为使溶液中 c(Ca2 ) 2 10 5 molL 1， c(PO34 )的范围为 _。 (3)蒸发时主要反应的离子方程式为 _ _。 母液循环次数对纯度 、产率的影响如图所示，循环不宜超过 3 次的主要原因是_ _。 (4)为了获得高纯 Li2CO3，过滤 后的操作为 _ _。 答案 (1)温度过高， CO2和 Li2CO3在水中溶解度减小，减小了反应速率 浆料变成澄清溶

12、液 (2)c(PO34 ) 5 10 8 molL 1 (3)2Li 2HCO3 = Li2CO3 CO2 H2O 循环次数增加， Na 、 K 等杂质离子浓度增加，会降低产品纯度 (4)将沉淀用热水洗涤 2 3 次，干燥 5.从含铜丰富的自然资源黄铜矿 (CuFeS2)冶炼铜的工艺流程如下： 已知： CuFeS2 3CuCl2=4CuCl FeCl2 2S (1)浸取时，若改用 FeCl3溶液，也能生成 CuCl 和 S，该反 应化学方程式为_ _。 (2)若过滤 1 所得滤液中只含 FeCl2，则将其在空气中加热蒸干、灼烧后，所得固体的化学式为 _。 (3)调节溶液的 pH 后，除生成 C

13、u 外，还能产生一种金属离子，此金 属离子是_。 (填离子符号 ) (4)过滤 3 所得滤液中可以循环使用的物质有 _，为保持流程持续循环，每生成 1 mol Cu，理论上需补充 CuCl2的物质的量为 _。 (5)冶炼工艺还可以将精选后的黄铜矿砂与空气在高温下煅烧，使其转变为铜，化学方程式为： 6CuFeS2 13O2=高温 3Cu2S 2Fe3O4 9SO2 Cu2S O2=高温 2CuSO2 此工艺与前一工艺相比主要缺点有 _。 解析 (1)反应物为 CuFeS2、 FeCl3，生成物有 CuCl、 S及 FeCl2， 1份 CuFeS2反应， S共升高 4价 ， Cu降低 1价， 1份

14、 CuFeS2反应共升高 3价，根据电子守恒配平。 (2)FeCl2溶液加热蒸干、灼烧过程中， Fe2 水解且被氧化，最终得 Fe2O3固体。 (3)CuCl2 中铜显 1价，调节 pH发生歧化反应生成 Cu和 Cu2 。 (4)由 (3)分析可知滤液中有 CuCl2及过量的盐酸。 1 mol CuFeS2溶解需要 3 mol CuCl2，生成 4 mol CuCl， 4 mol CuCl最终歧化生成 2 mol Cu和 2 mol CuCl2，此时还需要补充 1 mol CuCl2。生成 1 mol Cu需要补充 0.5 mol CuCl2。 (5)高温需要消耗能源，生成 SO2会染污大气。

15、 答案 (1)CuFeS2 3FeCl3=CuCl 4FeCl2 2S (2)Fe2O3 (3)Cu2 (4)HCl 和 CuCl2 0.5 mol (5)会产生污染环境的气体 SO2能耗高等 (其它合理答案可以得分 ) 6.硝酸浸取红土镍矿工艺可以将红土镍矿 (主要成分为 NiSO4， 还含有杂质 SiO2、Al2O3、 Fe3O4 )进行分离制取 Ni(NO3)2。 (1)加入浓硝酸后，红土镍矿中含铁化合物转化的离子方程式为_ _。 (2)若用硫酸代替硝酸浸取红土镍矿。除需要加入 2.5 mol/L 的硫酸外，还需要通入一种常见的气体，其化学式为 _。 (3)根据 Fe、 Ni 浸出率 (

16、溶液中某金属元素的质量 /固体样品某元素的起始质量 )随反应温度的变化如图，推断适宜反应温度是 _。 (4)加碳酸钙进行中和时，若控制温度 80 、 pH 4，则浸取液中的 Fe3 会水解生成 FeOOH，则此水解反应的离子方程式为 _ _。 (5)反应得到 Ni(NO3)2固体后需要进行洗涤，实验室洗涤的操作方法是_ _。 (6)反应产生的氮氧化物可以用 HNO3吸收。随着硝酸浓度的提高，氮氧化物吸收率增加。当 HNO3浓度达 35%时，氮氧化物的吸收率反而下降，其可能的原因是_ _。 答案 (1)Fe3O4 10H NO3 =3Fe3 NO2 5H2O (2)O2 (3)190 (或 19

17、0 200 之间某一温度或某一区间 ) (4)Fe3 2H2O FeOOH 3H (5)加水浸没沉淀，待水流出，重复 2 3 次 (6)硝酸浓度 达 35%时，易分解为氮氧化物，使吸收率下降 7.三聚磷酸铝 AlH2P3O102H2O是新一代无公害白色防锈颜料，可由膨润土 (主要成分： Al2O34SiO23H2O；含少量杂质： FeO、 Fe2O3、 Na2O 等 )为原料制备。 (1)Al2O34SiO23H2O 与硫酸反应的化学方程式为 _ _。 (2)“ 净化 ” 时 KMnO4首先将 Fe2 氧化为 Fe3 ，再氧化反应生成的 Mn2 。 Fe2被氧化为 Fe3 的离子方程式为 _

18、_； 滤渣 2 中两种沉淀为 Fe(OH)3和 _(填化学式 )。 (3)“ 滤液 3” 中，若 c(NH4 ) c(NH3H 2O)，则该溶液显 _(填 “ 酸 ”“ 碱 ”或 “ 中 ” )性。 (4)“ 中和 ” 时，不同原料配比 n(H3PO4)/nAl(OH)3对产品中 n(P2O5)/n(Al2O3)的比值的影响如图 1 所示，则 “ 中和 ” 时 反应发生反应的化学方程式为_ _。 (5)通过 X射线衍射谱 (XRD)测定产品的组成，可知 “ 缩合 ” 条件 对其组成的影响，如图 2 和图 3 所示。故适宜的温度和时间为 _(填序号 )。 320 3 h 290 3 h 320

19、4 h 290 4 h 解析 (1)Al2O34SiO23H2O中只有 Al2O3可以与 H2SO4反应，生成 Al2(SO4)3，从流程图知，产物为 SiO2nH2O，根据 元素守恒配平反应。 (2)MnO4氧化 Fe2 生成Fe3 ，自身还原为 Mn2 ，根据 Mn和 Fe得失电子守恒配平反应， MnO4 氧化Mn2 ，生成 MnO2。 (3)n(NH4 )与 n(NH3H 2O)以 1 1混合时， NH3H 2O的电离程度大于 NH4 的 水解程度，即溶液显碱性。 (4)H3PO4与 Al(OH)3反应可能生成AlPO4， Al2(HPO4)3或 Al(H2PO4)3。由图 1知， n(

20、H3PO4)/nAl(OH)3约为 3.3(实际工业生产中 H3PO4与 NaOH反应略超过 3 1)时，对应生成的产物的量最多，且生成物中 n(Al) n(P) 3 1，所以生成的产物为 Al(H2PO4)3。 (5)图 2中 b对应生成的是 AlH2P3O102H2O，即为 290 ，图 3中也是 b对应生成的是AlH2P3O102H2O，即为 4 h。 答案 (1)Al2O34SiO23H2O 3H2SO4 (4n 6)H2O=4SiO2nH2O Al2(SO4)3 或 Al2O34SiO23H2O 3H2SO4=4SiO2nH2O Al2(SO4)3 (6 4n)H2O (2)MnO4

21、 5Fe2 8H =Mn2 5Fe3 4H2O MnO2 (3)碱 (4)Al(OH)3 3H3PO4= Al(H2PO4)3 3H2O (5) 8.以炼锌厂的烟道灰 (主要成分为 ZnO，另含 少量 Fe2O3、 CuO、 SiO2、 MnO 等 )为原料可生产草酸锌晶体 (ZnC2O42H2O)。 有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完 全的 pH 如下表： 氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2 Zn(OH)2 开始沉淀的 pH 1.5 6.5 4.2 5.4 沉淀完全的 pH 3.3 9.7 6.7 8.2 请问答下列问题： (1)滤渣 A 的主要成分为 _。 (2)除锰过程中

22、产生 MnO(OH)2沉淀的离子方程式为 _ _。 (3) 除铁 (部分 Cu2 可能被除去 )时加入 ZnO 控制反 应液 pH 的范围为 _。 上述流程中除铁与除铜的顺序不能颠倒，否则除铁率会减小，其原因是_ _。 (4)若沉淀过程采用 Na2C2O4代替 (NH4)2C2O4生产草酸锌晶体，合理的加料方式是_ _。 (5)将草酸锌晶体加热分解可得到一种纳米材料。加热过程中固体残留率随温度的变化如图所示， 300 460 范围内，发生反应的化学 方程式为_ _。 解析 (1)烟道灰被盐酸溶解，其中 ZnO溶解成 Zn2 、 Fe2O3溶解成 Fe3 、 CuO溶解成 Cu2 、 MnO溶解

23、成 Mn2 ，而 SiO2不溶于盐酸，进入滤渣 A中。 (2)除锰中用 H2O2氧化 Mn2 ，根据 Mn和 O得失电子守恒可配平反应。 (3) 除 Fe3 时的pH需要大于 3.3，但不能超过 5.4，以免 Zn2 沉淀，此时有部分 Cu2 溶解； 除铜时用 ZnS，若在除铁之前，则会有 Fe3 氧化 S2 ，生成 Fe2 后，需要调节 pH在 9.7时才能除去，故除铁率减小。 (4)因为 Na2C2O4溶液的碱性比 (NH4)2C2O4强，所以会促进 Zn2 生成 Zn(OH)2沉淀，故在加入 Na2C2O4溶液时，可采用缓慢加入和搅拌法，以免生成 Zn(OH)2沉淀。 (5)由热重分析图计算知， 189MA 10080.95， MA 153，则 在 300 时， ZnC2O42H2O失去 2分子 H2O生成 ZnC2O4，在 460 时，189MB10042.86， MB 81，则对应为 ZnO， C2O4 在分解时以 CO和 CO2释放，由此写出此方程式。 答案 (1)SiO2 (2)Mn2 H2O2 H2O=MnO(OH)2 2H (3) 3.3 5.4 先加入 ZnS 会将 Fe3 还原为 Fe2 ，使铁元素难以除去 (4)在搅拌下，将 Na2C2O4缓慢加入到 ZnCl2溶液中 (5)ZnC2O4= ZnO CO CO2