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无机化工流程题的解题策略
【高考必备知识】
一、无机化工流程的呈现模式
流程图一般三大部分(见上图):原料预处理、核心化学反应、产品的分离与提纯
二、读图要领
(1)箭头:进入的是投料(反应物),出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质(支线方向)(2)三线:出线和进线均表示物料流向或操作流程,可逆线(返回的箭头)表示物质循环
三、流程图中主要环节的分析
1.原料的预处理
处理方法 目的
固体原料粉碎或研磨 将块状或颗粒状的物质磨成粉末,增大反应物的接触面积,以加快反应速率或使反应更充分,提高浸取率
水浸 与水接触反应或溶解,使原料变成离子进入溶液中
酸浸 ①溶解转变成可溶物进入溶液中,以达到与难溶物分离的目的;②去氧化物(膜)
碱溶 ①除去金属表面的油污;②溶解酸性氧化物、两性化合物(Al2O3、ZnO等)
醇浸 提取有机物,常采用有机溶剂(乙醚,二氯甲烷等)浸取的方法提取有机物
灼烧(煅烧/焙烧) ①除去可燃性杂质:除去硫、碳单质,使有机物转化或除去有机物②使原料初步转化:高温下原料与空气中氧气反应等,使一些杂质在高温下氧化,如煅烧高岭土③除去热不稳定的杂质等
2.核心反应——陌生方程式的书写
(1)氧化还原反应的书写:熟练应用氧化还原反应规律判断产物,并根据化合价升降相等配平
①常见的氧化剂及还原产物预测
氧化剂 KMnO4(酸性) MnO2(H+) K2Cr2O7(酸性) 浓硝酸 稀硝酸 H2O2 Cl2 NaClO(或ClO-) KClO3 Fe3+
对应还原产物 Mn2+ Mn2+ Cr3+ NO2 NO H2O Cl- Cl- Cl- Fe2+
②常见的还原剂及氧化产物预测
还原剂 Fe2+ SO2(H2SO3) SO S2O S2-(H2S) H2C2O4 H2O2 I-(HI) CO NH3
对应氧化产物 Fe3+ SO SO SO S CO2 O2 I2 CO2 N2或NO
(2)陌生非氧化还原反应的书写
运用“证据推理符号”思路,书写新情境化学方程式的基本思路为:“读取”流程中的有效信息(证据),找出主要的反应物和生成物(推理),再依据质量守恒定律和电荷守恒规律写出反应的化学(离子)方程式
3.常用的分离方法
(1)调pH除杂:控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀
①调节pH所需的物质一般应满足两点:能与H+反应,使溶液pH值增大;不引入新杂质
②实例
部分金属阳离子形成氢氧化物的pH见下表
Fe3+ Fe2+ Cu2+ Zn2+ Mn2+ Mg2+
开始沉淀pH 2.7 7.6 5.5 7.6 8.3 9.6
完全沉淀pH 3.2 9.6 6.6 9.2 9.3 11.1
实例1.除去CuSO4溶液中少量Fe3+,可向溶液中加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3、CuCO3中的一种,调节pH至3.2~5.5,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去
a.离子方程式为:Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+、CuO+2H+===Cu2++H2O
b.加入CuO的作用:调节溶液的pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3
c.加热的目的:促进Fe3+水解
实例2.Mg2+ (Fe3+):MgO、Mg(OH) 2、MgCO3
实例3.Zn2+ (Fe3+):ZnO、ZnCO3、Zn(OH)2
实例4.除去Zn2+中混有的Fe2+的方法:先加入氧化剂(如H2O2)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再加入ZnO、ZnCO3、Zn(OH)2中的一种,调节pH至3.2~7.6,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去
(2)蒸发结晶:提取溶解度随温度变化不大的溶质(NaCl)
①蒸发结晶的标志:当有大量晶体出现时,停止加热,利用余热蒸干
②实例1:从NaCl溶液中获取NaCl固体
a.方法:蒸发结晶
b.具体操作:加热蒸发,当析出大量NaCl晶体时,停止加热,利用余热蒸干
③实例2:NaCl溶液中混有少量的 KNO3溶液
a.方法:蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥
b.具体操作:若将混合溶液加热蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,母液中是KNO3和少量NaCl,这样就可以分离出大部分NaCl
c.趁热过滤的目的:防止KNO3溶液因降温析出,影响NaCl的纯度
(3)冷却结晶
①适用范围:提取溶解度随温度变化较大的物质(KNO3)、易水解的物质(FeCl3、CuCl2)或结晶水化合物(CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O)
②蒸发浓缩的标志:当有少量晶体(晶膜)出现时
③实例:KNO3溶液中混有少量的 NaCl溶液
a.方法:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
b.具体操作:若将混合溶液加热蒸发后再降温,则析出的固体主要是KNO3,母液中是NaCl和少量KNO3,
这样就可以分离出大部分KNO3
(4)过滤:分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法
(5)萃取与反萃取
①萃取:利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同,将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。如用CCl4萃取溴水中的Br2
②反萃取:用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程,为萃取的逆过程
4.工艺流程中的答题规范
(1)加热的目的:加快反应速率或促进平衡向某个方向 (一般是有利于生成物生成的方向)移动
(2)增大原料浸出率(离子在溶液中含量的多少)的措施:适当升温(加热)、粉碎(研磨)、增大反应物(酸、碱)的浓度、
搅拌、增大气体的流速(浓度、压强),增大气液或固液接触面积
(3)沉淀的洗涤操作
①答题模板:沿玻璃棒向漏斗(过滤器)中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复实验2~3次
②实例:在测定Na2SO4和NaCl的混合物中Na2SO4的质量分数时,可以在混合物中加入过量BaCl2溶液,沉淀SO,然后过滤、洗涤、烘干、称量得到BaSO4的质量,试问:怎样洗涤沉淀?
沿玻璃棒向漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复实验2~3次
(4)沉淀(晶体)洗涤的目的
①若滤渣是所需的物质,洗涤的目的是除去晶体表面的可溶性杂质,得到更纯净的沉淀物
②若滤液是所需的物质,洗涤的目的是洗涤过滤所得到的滤渣,把有用的物质如目标产物尽可能洗出来
(5)沉淀(晶体)用冰水洗涤的目的:既能洗去晶体表面的杂质离子,且能减少被洗涤物质在洗涤过程中的溶解损耗
(6)沉淀(晶体)用乙醇洗涤的目的:降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗;利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分,得到较干燥的产物
(7)检验沉淀是否洗涤干净的操作
①答题模板:取最后一次洗涤液少量于试管中,加入×××试剂(根据沉淀可能吸附的杂质离子,选择合适的检验试剂),若没有×××(特征现象)出现,则证明沉淀已洗涤干净
②实例:在测定Na2SO4和NaCl的混合物中Na2SO4的质量分数时,可以在混合物中加入过量BaCl2溶液,沉淀SO,然后过滤、洗涤、烘干、称量得到BaSO4的质量,试问:怎样判断沉淀是否洗净?
取最后一次洗涤液少量于试管中,加入稀HNO3酸化的AgNO3溶液,若无白色沉淀产生,则证明沉淀已洗净
(8)趁热过滤的目的:防止过滤一种晶体或杂质的过程中,因降温而析出另一种晶体
①要滤渣(产品):防止降温时析出杂质而影响产品纯度或减少产品溶解损耗,如:NaCl (KNO3)
②要滤液(产品):防止降温时析出产品(溶解度随温度增大而增大)而损耗 (除去溶解度小或难溶的杂质)
(9)证明沉淀完全的操作
①答题模板:静置,取少量上层清液于试管中,加入×××试剂(沉淀剂),若没有×××沉淀产生,则证明××沉淀完全
②实例:在测定Na2SO4和NaCl的混合物中Na2SO4的质量分数时,可以在混合物中加入过量BaCl2溶液,沉淀SO,然后过滤、洗涤、烘干、称量得到BaSO4的质量,试问:怎样判断SO是否沉淀完全?
静置,取上层清液少许于试管中,继续加入BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则证明SO沉淀完全
(10)判断滴定终点的答题规范
①答题模板:当滴入最后半滴×××标准溶液后,溶液由×××色变成×××色,或溶液×××色褪去,且半分钟内不恢复原来的颜色
②用标准盐酸滴定未知浓度的氢氧化钠溶液,酚酞作指示剂,滴定终点的判断:当加入最后半滴标准盐酸后,溶液由红色变为无色,且半分钟内不恢复原来的颜色
(11)描述离子检验现象的答题规范
①答题模板:取试样→加水溶解→加……试剂加……检验试剂→观察现象→得出结论
②以“SO的检验”为例:取少量溶液于试管中,加入足量稀盐酸,无明显现象,再加入BaCl2溶液,若有白色沉淀产生,则证明有SO
(12)控制温度在一定范围(综合考虑)
①温度不低于×××℃的原因:反应速率过慢或溶解速率小
②温度不高于×××℃的原因:适当加快反应速率,但温度过高会造成物质挥发(如浓硝酸、浓盐酸)、分解(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3等)、氧化(如Na2SO3)或促进物质水解(如AlCl3)等,影响产品的生成
(13)控制溶液pH的目的:防止×××离子水解;防止×××离子沉淀;确保××离子沉淀完全;防止×××溶解等
(14)调pH的目的:通过加入氧化物等方法调节pH,促进某离子水解,使其沉淀,利于过滤分离
(15)减压蒸馏(减压蒸发)的原因:减小压强,使液体沸点降低,防止受热分解、氧化等(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)
(16)减压过滤的目的:加快过滤速度
(17)减压烘干的目的:降低产品的烘干温度,防止产品分解
(18)蒸发时的气体氛围抑制水解:如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防其水解
(19)减压蒸发的原因:减压蒸发降低了蒸发温度,可以防止某物质分解(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)或失去结晶水(如题目要求制备结晶水合物产品)
(20)事先煮沸溶液的原因:除去溶解在溶液中的气体(如氧气),防止物质被氧化
(21)盐的作用:用于吸收气体,如碳酸钠、亚硫酸钠溶液吸收CO2、SO2,FeCl2溶液用于吸收Cl2,亚硫酸氢铵溶液用于吸收NH3等等
(22)氧化剂的作用:氧化某物质,转化为易于被除去的离子(或沉淀)
(23)还原剂的作用:还原某物质,转化某物质、获得某种产品等
四、无机化工流程题的分析方法
审题要点 ①粗读试题,了解生产目的、原料及产品,尽量弄懂流程图②图中一般会出现超纲知识,要读懂流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息,并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用③分析各步的反应条件、原理及物质成分d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点
答题切入点 ①原料及产品的分离提纯;②生产目的及反应原理;③生产要求及反应条件;④有关产率、产量及组成的计算;⑤绿色化学
解题策略 ①流程中要分析“进” 、“出” 物质和仍然留在溶液中的离子等(否则可能漏掉副产品或干扰离子)②一般默认进的物质过量,确保每一步目标元素利用率或转化率最高,产品产率最高,减少损失③反应与物质的转化:分析每一步操作的目的及所发生的化学反应,跟踪物质转化的形 式。尤其要注意原料中的杂质在流程中是如何被除去的。滤渣、滤液成分的确定:反 应过程中哪些物质(离子)发生了变化?产生了哪些新离子?这些离子间是否能发生化学反应?所加试剂是否过量?
【巩固练习】
1.用辉铜矿(主要成分为 Cu2S,含少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备难溶于水的碱式碳酸铜的流程如下:
(1)下列措施是为了加快浸取速率,其中无法达到目的的是______
A.延长浸取时间 B.将辉铜矿粉碎 C.充分搅拌 D.适当增加硫酸浓度
(2)滤渣Ⅰ的主要成分是MnO2、S、SiO2,请写出“浸取”反应中生成S的离子方程式________________________
(3)研究发现,若先除铁再浸取,浸取速率明显变慢,可能的原因是____________________________________
(4)“除铁”的方法是通过调节溶液pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3。则加入的试剂A可以是____________(填化学式);“赶氨”时,最适宜的操作方法是____________
(5)“沉锰”(除Mn2+)过程中有关反应的离子方程式为________________________________________________
(6)滤液Ⅱ经蒸发结晶得到的盐主要是____________(填化学式)
2.NiSO4·6H2O是一种绿色易溶于水的晶体,可由电镀废渣(除镍外,还含有铜、锌、铁等元素)为原料获得。操作步骤如下:
(1)向滤液Ⅰ中加入FeS是为了生成难溶于酸的硫化物沉淀而除去Cu2+、Zn2+等杂质,则除去Cu2+的离子方程式为
(2)根据对滤液Ⅱ的操作作答:
①往滤液Ⅱ中加入H2O2发生反应的离子方程式为_____________________________________________
②调滤液ⅡpH的目的是__________________
③检验Fe3+是否除尽的操作和现象是_____________________________________________
(3)滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO4,加Na2CO3过滤后得到NiCO3固体,再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4,这两步操作的目的是__________________________
(4)得到的NiSO4溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等一系列操作可得到NiSO4·6H2O晶体
①在进行蒸发浓缩操作时,加热到___________________________(描述实验现象)时,则停止加热
②为了提高产率,过滤后得到的母液要循环使用,则应该回流到流程中的_____(填“a”、“b”、“c”或“d”)位置
③如果得到产品的纯度不够,则应该进行________________(填操作名称)操作
3.氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下:
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已知:①菱锰矿石主要成分是MnCO3,还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素
②相关金属离子[c(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀时的pH如下:
金属离子 Al3+ Fe3+ Fe2+ Ca2+ Mn2+ Mg2+
开始沉淀的pH 3.8 1.5 6.5 10.6 8.1 9.6
沉淀完全的pH 5.2 3.7 9.7 12.6 10.1 11.6
③常温下,CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10-10、7.42×10-11
回答下列问题:
(1)“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为__________________________
(2)分析下列图1、图2、图3,氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:焙烧温度_________,氯化铵与菱锰矿粉的质量之比为________,焙烧时间为__________________________
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(3)浸出液“净化除杂”过程如下:首先加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式为_________________;然后调节溶液pH使Fe3+、Al3+沉淀完全,此时溶液的pH范围为_________,再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+,当c(Ca2+)=1.0×10-5 mol·L-1时,c(Mg2+)=_______mol·L-1
(4)碳化结晶时,发生反应的离子方程式为__________________________________________
(5)流程中能循环利用的固态物质是___________
4.钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
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该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Mn2+
开始沉淀pH 1.9 7.0 3.0 8.1
完全沉淀pH 3.2 9.0 4.7 10.1
回答下列问题:
(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是______________________________________________
(2)“酸浸氧化”中,VO+和VO2+被氧化成VO,同时还有________离子被氧化。写出VO+转化为VO反应的离子方程式________________________________________________
(3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为V2O5· xH2O,随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、________,以及部分的________
(4)“沉淀转溶”中,V2O5· xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是______________
(5)“调pH”中有沉淀产生,生成沉淀反应的化学方程式是____________________________
(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是____________________
5.三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO4·H2O,其相对分子质量为990)简称“三盐”,不溶于水及有机溶剂。主要适用于不透明的聚氯乙烯硬质管、注射成型制品,也可用于人造革等软质制品。以铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如下图所示
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已知:Ksp(PbSO4)=1.82×10-8,Ksp(PbCO3)=1.46×10-13
请回答下列问题:
(1)写出步骤①“转化”的离子方程式:____________________________________________
(2)根据下图溶解度曲线,由滤液1得到Na2SO4固体的操作为:将“滤液1”________、________、用乙醇洗涤后干燥
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(3)步骤③“酸溶”,为提高酸溶速率,可采取的措施是_______________________________(任意写出一条)
(4)“滤液2”中可循环利用的溶质为________(填化学式)。若步骤④“沉铅”后的滤液中c(Pb2+)=1.82×10-5mol·L-1,则此时c(SO)=________mol·L-1
(5)步骤⑥“合成”三盐的化学方程式为____________________________________________
(6)若消耗100.0 t铅泥,最终得到纯净干燥的三盐49.5 t,假设铅泥中的铅元素有75%转化为三盐,则铅泥中铅元素的质量分数为________
6.利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如图:
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已知硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3+,其次是Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+
(1)酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施有_______________、____________________(答出两点)
(2)H2O2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr3+转化为Cr2O,则此反应中氧化剂和还原剂物质的量之比为__________
(3)常温下,部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示:
阳离子 Fe3+ Al3+ Cr3+
开始沉淀时的pH 2.7 - -
沉淀完全时的pH 3.7 5.4(>8溶解) 9(>9溶解)
①用NaOH调节溶液的pH不能超过8,其理由是_____________________________________。
②当pH=8时,Mg2+______________ (填“是”或“否”)开始沉淀(溶液中Mg2+浓度不超过1 mol·L-1)。已知:Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11。
(4)上述流程中,加入NaOH溶液后,溶液呈碱性,Cr2O转化为CrO,写出上述流程中用SO2进行还原时发生反应的离子方程式:___________________________________________
7.溴酸镉[Cd(BrO3)2]常用作分析试剂、生产荧光粉等。以镉铁矿(成分为 CdO2、Fe2O3、FeO 及少量的Al2O3 和SiO2)为原料制备[Cd(BrO3)2]的工艺流程如下:
已知 Cd(SO4)2 溶于水
回答下列问题:
(1)为提高镉的浸取率,酸浸时可采取的措施有____________________(任写两种即可)。
(2)还原镉时,产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,发生反应的离子方程式为_____________________________
(3)加入H2O2 溶液的目的是______________________________________________________
(4)滤渣2 的主要成分为__________________(填化学式);为检验滤液中是否含有 Fe3+,可选用的化学试剂是______________________
(5)实际工业生产中,有时还采用阳离子交换树脂法来测定沉镉后溶液中 Cd2+的含量,其原理:Cd2++ 2NaR===2Na++ CdR2 ,其中NaR为阳离子交换树脂。常温下,将沉镉后的溶液(此时溶液 pH=6)经过阳离子交换树脂后,测得溶液中的 Na+比交换前增加了 0.055 2 g·L-1,则该条件下Cd(OH)2 的Ksp值为_________
(6)已知镉铁矿中CdO2的含量为72%,整个流程中镉元素的损耗率为10%,则2 t该镉铁矿可制得Cd(BrO3)2(摩尔质量为 368 g·mol-1)质量为________kg
8.钪及其化合物具有许多优良的性能,在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图:
回答下列问题:
(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。混合的实验操作是__________________________________________
(2)先加入氨水调节pH=3,过滤,滤渣主要成分是______________;再向滤液中加入氨水调节pH=6,滤液中Sc3+的浓度为__________(已知:25 ℃时,Ksp[Mn (OH)2]=1.9×10-13,Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39,Ksp[Sc(OH)3]=9.0×10-31)
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH=2的草酸溶液中eq \f(c(C2O),c(H2C2O4))=________________(保留两位有效数字)。写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式:______________________________[已知:25 ℃时,Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2,Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5]
(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为____________________________________________
(5)废酸中含钪量为15 mg·L-1,V L废酸最多可提取Sc2O3的质量为________________
9.工业上回收利用某合金废料(主要含Fe、Cu、Co、Li等,已知Co、Fe都是中等活泼金属)的工艺流程如下:
(1)金属M为____________,操作1为____________
(2)加入H2O2的作用是____________________________________(用离子方程式表示),加入氨水的作用是_______
(3)充分焙烧的化学方程式为____________________________________________________________
(4)已知Li2CO3微溶于水,其饱和溶液的浓度与温度关系见下表。操作2中,蒸发浓缩后必须趁热过滤,其原因
是________________________,90 ℃时Ksp(Li2CO3)的值为____________
温度/℃ 10 30 60 90
浓度/mol·L-1 0.21 0.17 0.14 0.10
(5)用惰性电极电解熔融Li2CO3制取锂,阳极生成两种气体,则阳极的电极反应式为________________________
10.二硫化钨(WS2,其中W的化合价为+4)可用作润滑剂,还可以在石油化工领域中用作催化剂。由钨铁矿(其主要成分是FeWO4,还含少量Al2O3)制备二硫化钨的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)FeWO4中铁元素的化合价为________________
(2)FeWO4在“熔融”过程中发生反应的化学方程式为________________________;“熔融”过程中为了提高熔融速率,可采取的措施有____________________(写出一条即可)
(3)过量CO2通入粗钨酸钠溶液中发生反应的离子方程式为____________________________________,操作Ⅰ中用作引流的玻璃仪器是________
(4)生成二硫化钨的化学方程式为2(NH4)2WS4+3O22WS2+4NH3+2S+2SO2+2H2O,若反应中转移8 mol
电子,则生成WS2的质量是________g
11.硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知:硼镁矿主要成分为Mg2B2O5·H2O,硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O。利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如下。回答下列有关问题:
(1)硼砂中B的化合价为____________,溶于热水后,常用H2SO4调pH至2~3制取H3BO3,反应的离子方程式为____________________________________,X为H3BO3晶体加热脱水的产物,其与Mg反应制取粗硼的化学方程式为____________________________________,该反应中的氧化剂是____________(填化学式)
(2)硼酸是一种一元弱酸,它与水作用时结合水电离的OH-而释放出水电离的H+,这一变化的离子方程式为____________________________________,皮肤上不小心碰到氢氧化钠溶液,一般先用大量水冲洗,然后再涂上硼酸溶液,则硼酸与氢氧化钠反应的离子方程式为____________________________________
(3) MgCl2·7H2O需要在HCl氛围中加热制MgCl2,其目的是____________________________________
(4)制得的粗硼在一定条件下生成BI3,BI3加热分解可以得到纯净的单质硼。现将0.020 g粗硼制成的BI3完全分解,生成的I2用0.30 mol·L-1 Na2S2O3(H2S2O3为弱酸)溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液18.00 mL。盛装Na2S2O3溶液的仪器应为______(填“酸式”或“碱式”)滴定管,该粗硼样品的纯度为______(提示:I2+2S2O===2I +S4O)
12.一种以冷热镀管废料锌灰制ZnSO4·7H2O晶体,进而获取ZnO,并探索氢电极增压还原氧化锌电解法制锌的方法,工艺流程如图所示,回答下列问题:
INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W811.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W811.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W811.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W811.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W811.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W811.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W811.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W811.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W811.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W811.TIF" \* MERGEFORMATINET
已知:①锌灰的主要成分为ZnO、ZnCl2,还含有SiO2、CuO、PbO和FeO
②Cu++Cl-===CuCl↓
(1)滤渣1的主要成分为SiO2和________
(2)酸浸时,硫酸浓度不能过高,原因是_______________________________________
(3)写出“沉铜”时的离子方程式:___________________________________________
(4)在pH为5.6的条件下氧化后,再加入聚丙烯酰胺絮凝剂并加热搅拌,其目的是____
(5)氢电极增压还原氧化锌的装置如图所示,储罐内ZnO溶解后形成Zn(OH)离子,每溶解1 mol ZnO需消耗______mol KOH。电解池中的总反应离子方程式为:___________
INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W812.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W812.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W812.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W812.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W812.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W812.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W812.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W812.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W812.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W812.TIF" \* MERGEFORMATINET
(6)该工艺废水中含有Zn2+,排放前需处理。向废水中加入CH3COOH和CH3COONa组成的缓冲溶液调节pH,通入H2S发生反应:Zn2++H2SZnS(s)+2H+。处理后的废水中部分微粒浓度为:
微粒 H2S CH3COOH CH3COO-
浓度/(mol·L-1) 0.10 0.05 0.10
处理后的废水的pH=________,c(Zn2+)=________。[已知:Ksp(ZnS)=1.0×10-23,Ka1(H2S)=1.0×10-7,Ka2(H2S)=1.0×10-14,Ka(CH3COOH)=2.0×10-5
13.铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。某科研小组从某废旧铍铜元件(主要含BeO、CuS,还含少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下:
已知:ⅰ.铍、铝元素化学性质相似;BeCl2熔融时能微弱电离。
ⅱ.常温下,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Mn(OH)2]=2.1×10-13
回答下列问题:
(1)滤液A的主要成分除NaOH外,还有____________(填化学式);写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式:___________________________________
(2)滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl,为得到较纯净的BeCl2溶液,选择下列实验操作最合理步骤的顺序是____________;电解熔融BeCl2制备金属铍时,需要加入NaCl,其作用是__________________
①加入过量的NaOH;②加入过量的氨水;③加入适量的HCl;④过滤;⑤洗涤。
(3)反应Ⅱ中CuS的氧化产物为S单质,该反应的化学方程式为________________。
(4)常温下,若滤液D中c(Cu2+)=2.2 mol·L-1、c(Fe3+)=0.008 mol·L-1、c(Mn2+)=0.21 mol·L-1,向其中逐滴加入稀氨水,生成沉淀F是____________(填化学式);为了尽可能多的回收铜,所得滤液G的pH最大值为____________
14.锂被誉为“金属味精”,以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β-锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6,还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下:
已知:①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH:
氢氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mg(OH)2
开始沉淀时的pH 1.9 3.4 9.1
完全沉淀时的pH 3.2 4.7 11.1
②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表:
温度/℃ 0 10 20 50 75 100
Li2CO3的溶解度/g 1.539 1.406 1.329 1.181 0.866 0.728
请回答下列问题:
(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成__________
(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是____________________________________________________________
(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式:__________________________________________________
(4)洗涤所得Li2CO3沉淀要使用________(填“热水”或“冷水”),理由是_____________________________________
(5)流程中两次使用了Na2CO3溶液,第一次浓度小,第二次浓度大的原因是_________________________________
________________________________________________________________________
(6)该工艺中,电解熔融氯化锂生产锂时,阳极产生的氯气中会混有少量氧气,原因是_______________________
________________________________________________________________________
15.某化学实验室以一种工业上的废渣(废渣主要含有MgCO3、MgSiO3和少量Fe、Al的氧化物)为原料,制备MgCO3·3H2O。实验流程如下图所示:
INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2019\\大二轮\\考前三个 化学通用\\WORD\\K478.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2019\\大二轮\\考前三个 化学通用\\全书完整的Word版文档\\第二篇\\K478.TIF" \* MERGEFORMATINET
(1)为了加快废渣的酸溶速率,可采取的办法有________________________________(任写一点),酸溶时废渣中主要成分发生反应的离子方程式为___________________________________
(2)加入30%H2O2的目的是______________________________________________
(3)用萃取分液的方法除去溶液中的Fe3+
①加入30%H2O2后,检验溶液中是否含有Fe2+的最佳试剂是_____________________
②萃取分液完成后,检验水相中是否含有Fe3+的最佳试剂是_______________________
(4)室温下,除去MgSO4溶液中的Al3+(使Al3+浓度小于1×10-6 mol·L-1)而不引入其他杂质,应加入的试剂X为____________,应调节pH的范围为________________________
(已知:①Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33;②pH=8.5时,Mg(OH)2开始沉淀)
(5)向滤液中加入Na2CO3溶液生成MgCO3沉淀并用蒸馏水洗涤,确认沉淀洗净的操作及现象是________________
______________________________________________________________________________
16.一种以辉铜矿(主要成分为Cu2S,含少量SiO2)为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示:
INCLUDEPICTURE "E:\\周飞燕\\2022\\一轮\\化学\\化学 人教 新教材\\S33.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\周飞燕\\2022\\一轮\\化学\\化学 人教 新教材\\S33.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教 新教材\\全书完整的Word版文档\\第三章\\S33.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教 新教材\\全书完整的Word版文档\\第三章\\S33.TIF" \* MERGEFORMATINET
(1)写出“浸取”过程中Cu2S溶解时发生反应的离子方程式:_________________________
(2)恒温“浸取”的过程中发现铜元素的浸取速率先增大后减少,有研究指出CuCl2是该反应的催化剂,该过程的反应原理可用化学方程式表示为①Cu2S+2CuCl2===4CuCl+S
②________________________________________
(3)“回收S”过程中温度控制在50~60 ℃之间,不宜过高的原因是___________________________
(4)向滤液M中加入(或通入)________(填字母),可得到一种可循环利用的物质。
a.铁 b.氯气 c.高锰酸钾 d.氯化氢
(5)“保温除铁”过程中,加入CuO的目的是________________;“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中,要用HNO3溶液调节溶液的pH,其理由是________________________________
(6)辉铜矿可由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)通过电化学反应转变而成,有关转化见图,转化时转移0.2 mol电子,生成Cu2S________mol
INCLUDEPICTURE "E:\\周飞燕\\2022\\一轮\\化学\\化学 人教 新教材\\S34.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\周飞燕\\2022\\一轮\\化学\\化学 人教 新教材\\S34.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教 新教材\\全书完整的Word版文档\\第三章\\S34.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教 新教材\\全书完整的Word版文档\\第三章\\S34.TIF" \* MERGEFORMATINET
17.锂离子电池的应用很广泛,某种锂电池的正极材料为钴酸锂,该材料可以由海水(含较大浓度的LiCl及少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等)制备,其工艺流程如图所示:
已知:①在常温下几种难溶物质的溶度积常数如表;
物质 Li2CO3 MgCO3 CaCO3 MnCO3 Mg(OH)2
Ksp 2.5×10-2 6.8×10-6 3.4×10-9 2.3×10-11 5.6×10-12
②Li2CO3微溶于热水,可溶于冷水。
(1)“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2+和___________
(2)“调pH”的目的是_______________________________________________________
(3)金属镁可以通过电解熔融MgCl2得到,写出由Mg(OH)2沉淀制MgCl2固体的具体操作______________________
_______________________________________________________
(4)20 ℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295 g,饱和溶液密度为1.014 8 g·cm-3,则其中Li2CO3的物质的量浓度为 ___________(结果保留2位有效数字)
(5)“热水洗涤”的目的是_________________________________,在实验室里洗涤Li2CO3时会采用如图所示装置,该装置较于普通过滤装置的优点为_________________________________
(6)“合成”工序需要高温条件,并放出能使澄清石灰水变浑浊的气体,写出该反应的化学方程式_______________
4.铋(83号元素)主要用于制造合金,铋合金具有凝固时不收缩的特性,用于铸造印刷铅字和高精度铸型。湿法提铋新工艺以氧化铋渣(主要成分为Bi2O3,含有PbO、Ag2O、CuO杂质)为原料提Bi的工艺流程如下:
INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2021\\一轮\\化学 人教 老高考\\word\\3-154.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2021\\一轮\\化学 人教 老高考\\word\\3-154.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2021\\一轮\\化学 人教 老高考\\word\\3-154.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2021\\一轮\\化学 人教 老高考\\word\\3-154.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2021\\一轮\\化学\\化学 人教 老高考\\word\\word\\3-154.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\莫成程\\2021\\一轮\\0看PPT\\化学\\化学 人教 老高考\\word\\3-154.TIF" \* MERGEFORMATINET
已知:Ⅰ.BiOCl不溶于水,加热至700 ℃就分解生成BiCl3,BiCl3的沸点为447 ℃;
Ⅱ.25 ℃时,Ksp[Cu(OH)2]=1.2×10-20;Ksp(PbCl2)=1.17×10-5。
回答下列问题:
(1)“滤渣Ⅰ”的成分为__________________(填化学式)
(2)“脱氯”的化学方程式为___________________________________________
(3)“沉铜”时,向“滤液Ⅱ”中加入NaOH溶液调节pH,促进Cu2+水解生成Cu3(OCl)2,则此过程中Cu2+水解的离子方程式为________________________。若“滤液Ⅱ”中c(Cu2+)为0.01 mol·L-1,当加入等体积的NaOH溶液时,pH恰好为6,出现沉淀Cu(OH)2,此时Cu2+的去除率为________(忽略溶液体积变化)
(4)“滤液Ⅲ”经加热浓缩后可返回________________工序循环使用
【无机化工流程题的解题策略】答案
1.(1)A
(2)2MnO2+Cu2S+8H+===S↓+2Cu2++2Mn2++4H2O
(3)Fe3+可加催化Cu2S被MnO2氧化
(4)CuO[或Cu(OH)2] 加热
(5)Mn2++HCO+NH3===MnCO3↓+NH
(6)(NH4)2SO4
解析:辉铜矿的主要成分为Cu2S,含少量Fe2O3、SiO2等杂质,加入稀硫酸和二氧化锰浸取,过滤得到滤渣为MnO2、SiO2、单质S,滤液中含有Fe3+、Mn2+、Cu2+,调节溶液pH除去铁离子,加入碳酸氢铵溶液沉淀锰,过滤得到滤液赶出氨气循环使用,得到碱式碳酸铜。
(1)酸浸时,通过粉碎矿石或者升高温度或者进行搅拌等都可以提高浸取速率,延长浸取时间并不能提高速率。
(2)“浸取”时:在酸性条件下MnO2氧化Cu2S得到硫单质、CuSO4和MnSO4,其反应的离子方程式是MnO2+Cu2S+8H+===S↓+2Cu2++2Mn2++4H2O。
(3)浸取时氧化铁与稀硫酸生成硫酸铁和水,若先除铁再浸取,浸取速率明显变慢,Fe3+可催化Cu2S被MnO2氧化。(4)加入的试剂A应用于调节溶液pH,促进铁离子的水解,但不能引入杂质,因最后要制备碱式碳酸铜,则可加入氧化铜、氢氧化铜等;因氨气易挥发,加热可促进挥发,则可用加热的方法赶氨。
(5)“沉锰”(除Mn2+)过程中,加入碳酸氢铵和氨气,生成碳酸锰沉淀,反应的离子方程式为Mn2++HCO+NH3===MnCO3↓+NH。
(6)滤液Ⅱ主要是硫酸铵溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸铵晶体。
2.(1)FeS+Cu2+===CuS+Fe2+
(2)①2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
②除去Fe3+
③取少量滤液Ⅲ于试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液不变红色,则Fe3+已除净
(3)增大NiSO4的浓度,利于蒸发结晶(或富集NiSO4)
(4) ①有少量晶体析出(或者溶液表面形成晶体薄膜)
②d
③重结晶
解析:(1)FeS除去Cu2+的反应是沉淀的转化,即FeS+Cu2+===CuS+Fe2+。
(2)①对滤液Ⅱ中加H2O2的目的是将Fe2+氧化Fe3+,加入H2O2的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。②调滤液ⅡpH的目的是除去Fe3+。③检验Fe3+是否除尽的操作和现象:用试管取少量滤液Ⅲ,滴加几滴KSCN溶液,若溶液不变红色,则Fe3+已除净。
(3)NiSO4与Na2CO3反应生成NiCO3沉淀,而后过滤,再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4,这样可提高NiSO4的浓度,有利于蒸发结晶。
(4)①在进行蒸发浓缩操作时,当少量晶体析出时或溶液表面形成晶体薄膜时,停止加热。②为了提高产率,过滤后得到的母液要循环使用,应该回流到流程d中循环使用。③产品的纯度不够需要重新溶解、浓缩、结晶析出得到较纯净的晶体,实验操作为重结晶。
3.(1)MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O
(2)500 ℃ 1.10 60min
(3)MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O 5.2≤pH<8.1 5.1×10-6
(4)Mn2++2HCOMnCO3↓+CO2↑+H2O
(5)NH4Cl
解析:(1)根据工艺流程图知“焙烧”时发生的主要化学反应方程式为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。
(2)根据图示锰浸出率比较高,焙烧菱锰矿的最佳条件是焙烧温度500 ℃,氯化铵与菱锰矿粉的质量比为1.10,焙烧时间为60 min。
(3)二氧化锰具有氧化性,可以氧化亚铁离子,而二氧化锰被还原为锰离子,反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O;根据题干信息知pH在5.2时Al3+沉淀完全,pH在8.1时,Mn2+开始沉淀,所以将Fe3+、Al3+沉淀完全,可以调整pH范围在5.2≤pH<8.1;根据CaF2、MgF2的溶度积计算得:c2(F-)= =1.46×10-5,c(Mg2+)=mol·L-1≈5.1×10-6 mol·L-1。
(4)根据流程图知碳化结晶时,发生反应的离子方程式为Mn2++2HCOMnCO3↓+CO2↑+H2O。
(5)流程图可以看出能循环利用的固态物质是NH4Cl。
4.(1)加快酸浸氧化反应速率(促进氧化完全)
(2) Fe2+ VO++MnO2+2H+===VO+Mn2++H2O
(3) Mn2+ Fe3+、Al3+
(4)Fe(OH)3
(5)Na[Al(OH)4]+HCl===NaCl+Al(OH)3↓+H2O
(6)利用同离子效应,促进NH4VO3尽可能析出完全
解析:(1)“酸浸氧化”过程中钒矿粉、MnO2和30% H2SO4发生反应,常温下反应速率较小,加热的目的是加快酸浸氧化反应速率。
(2)Fe3O4与稀硫酸反应:Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O,“酸浸氧化”过程中,Fe2+具有还原性,也能被MnO2氧化生成Fe3+。VO+被氧化为VO,MnO2则被还原为Mn2+,溶液呈酸性,结合守恒规律,写出离子方程式:VO++MnO2+2H+===VO+Mn2++H2O。
(3)由表中数据可知,Mn2+开始沉淀的pH为8.1,Al3+开始沉淀的pH为3.0,沉淀完全的pH为4.7,Fe3+沉淀完全的pH为3.2。“中和沉淀”中调节pH=3.0~3.1,钒水解并沉淀为V2O5·xH2O,此时Mn2+不沉淀,Al3+部分沉淀,Fe3+几乎沉淀完全,故随滤液②除去的金属离子有K+、Mg2+、Na+、Mn2+及部分Al3+、Fe3+。
(4)滤饼②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3和少量Al(OH)3,“沉淀转溶”中,加入NaOH溶液,调节pH>13,V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解,Al(OH)3转化为Na[Al(OH)4],故滤渣③的主要成分是Fe(OH)3。
(5)滤液③中含有Na[Al(OH)4]、NaVO3,“调pH”中加入HCl,调节pH=8.5,此时Na[Al(OH)4]+HCl===NaCl+Al(OH)3↓+H2O。
(6)NH4VO3存在沉淀溶解平衡:NH4VO3(s)NH(aq)+VO(aq),“沉钒”中加入过量NH4Cl,增大c(NH),有利于NH4VO3结晶析出(同离子效应的应用)。
5.(1)PbSO4(s)+CO(aq)PbCO3(s)+SO(aq)
(2)升温结晶 趁热过滤
(3)适当升温(适当增加硝酸浓度等合理答案均可)
(4)HNO3 1×10-3
(5)4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O
(6)55.20%
解析:(1)由于Ksp(PbSO4)=1.82×10-8>Ksp(PbCO3)=1.46×10-13,所以步骤①加入碳酸钠溶液,把硫酸铅转化为碳酸铅,反应的离子方程式为PbSO4(s)+CO(aq)PbCO3(s)+SO(aq)。
(2)滤液1的溶质主要是Na2SO4和过量的Na2CO3,将“滤液1”升温结晶、趁热过滤、用乙醇洗涤后干燥得到Na2SO4固体。
(4)Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下转化成Pb(NO3)2,Pb(NO3)2中加硫酸转化成PbSO4和硝酸,HNO3可循环利用;根据Ksp(PbSO4)=1.82×10-8,若滤液中c(Pb2+)=1.82×10-5mol·L-1,则溶液中的c(SO)== mol·L-1=1×10-3mol·L-1。
6.(1)升高温度(加热) 搅拌
(2)3∶2
(3)①pH超过8会使部分Al(OH)3溶解生成AlO,最终影响Cr回收与再利用 ②否
(4)3SO2+2CrO+12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓+SO+2OH-
解析:(1)酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施是延长浸取时间、加快溶解速度等措施,可以升高温度增大物质的溶解度或搅拌加快溶解速度。(2)H2O2将Cr3+转化为Cr2O,H2O2作氧化剂。Cr3+被氧化,发生的反应为2Cr3++3H2O2+H2O===Cr2O+8H+,氧化剂和还原剂物质的量之比为3∶2。(3)①pH=8时,Fe3+、Al3+已沉淀完全,pH>8时,会使部分Al(OH)3溶解生成AlO,会影响Cr的回收与再利用。②当pH=8时,
Qc=c(Mg2+)·c2(OH-)=1×(10-6)2=10-12<Ksp[Mg(OH)2],因此,此时Mg2+不沉淀。(4)流程中用SO2进行还原时,Na2CrO4被还原为Cr(OH)(H2O)5SO4,SO2被氧化为SO,根据原子守恒写出反应的离子方程式:3SO2+2CrO+12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓+SO+2OH-。
(6)设铅泥中铅元素的质量分数为x,根据铅元素守恒可得:=×4,解得x=0.552 0,所以铅泥中铅元素的质量分数为55.20%。
7.(1)增大稀硫酸浓度、将固体粉碎、用玻璃棒搅拌或适当加热等措施(写出两种即可)
(2)3Cd4++CH3OH+H2O===3Cd2++CO2↑+6H+
(3)将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+
(4)Al(OH)3、Fe(OH)3 KSCN溶液
(5)1.2×10-19
(6)3 312
解析:用稀硫酸溶解镉铁矿,其中SiO2不溶于水和酸,通过过滤除去,即滤渣1为SiO2;滤液中主要含有Fe2+、Fe3+、Al3+和Cd4+,加入CH3OH将Cd4+还原为Cd2+,然后加入H2O2溶液,将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,再调节溶液pH使溶液中的Al3+和Fe3+完全转化为Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀,过滤除去不溶物(滤渣2),向含有CdSO4的滤液中加入K2CO3生成CdCO3沉淀,再过滤将沉淀溶于HBrO3,最后将溶液蒸发结晶即可得到溴酸镉,据此分析。
(1)固体溶解于稀硫酸时,采取增大稀硫酸浓度、将固体粉碎、用玻璃棒搅拌或适当加热等措施,可提高镉的浸出率。(2)CH3OH将Cd4+还原为Cd2+时,产生使澄清石灰水变浑浊的气体,此气体为CO2,结合守恒法,可知反应的离子方程式为3Cd4++CH3OH+H2O===3Cd2++CO2↑+6H+。(3)加入H2O2溶液的目的是将溶液中的
Fe2+氧化为Fe3+。(4)滤渣2的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3;为检验滤液中是否含有 Fe3+,可选用的化学试剂是KSCN溶液。
(5)沉淀后的溶液pH=6,则c(OH-)=10-8mol·L-1,经阳离子交换树脂后,测得溶液中Na+比交换前增加了0.055 2 g·L-1,即Na+物质的量浓度增加了=0.002 4 mol·L-1,根据Cd2++2NaR===2Na++CdR2,可知原溶液中c(Cd2+)=0.001 2 mol·L-1,则Cd(OH)2的Ksp=c(Cd2+)·c2(OH-)=1.2×10-19。(6)2 t该矿石中CdO2的质量为2×106 g×72%=1.44×106g,其物质的量为=1×104 mol,整个流程中镉元素的损耗率为10%,根据原子守恒可知Cd(BrO3)2的物质的量为104 mol×(1-10%)=9×103mol,其质量为9×
103 mol×368 g·mol-1=3 312 000 g=3 312 kg。
8.(1)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不断搅拌,冷却后再慢慢注入双氧水中,并不断搅拌
(2)Fe(OH)3 9.0×10-7mol·L-1
(3)3.8×10-2 2Sc3++3H2C2O4===Sc2(C2O4)3↓+6H+
(4)2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2
(5)0.023V g
解析:(1)在混合不同的液体时,一般先加密度较小、易挥发的,后加密度大、难挥发的,若混合时放热,则最后加受热易分解的,因此混合的实验操作是将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不断搅拌,冷却后再慢慢注入双氧水中,并不断搅拌。(3)25 ℃时pH=2的草酸溶液中
=××=Ka2(H2C2O4)×Ka1(H2C2O4)×=
6.4×10-5×5.9×10-2×≈3.8×10-2。“沉钪”得到草酸钪的离子方程式为2Sc3++3H2C2O4===Sc2(C2O4)3↓+6H+。(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2。(5)废酸中含钪量为15 mg·L-1,则V L废酸中含钪的质量为15×10-3 g·L-1×V L=0.015V g,所以最多可提取Sc2O3的质量为=0.023V g。
9.(1)Cu 过滤
(2)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O 调节溶液的pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀
(3)4(CoC2O4·2H2O)+3O22Co2O3+8H2O+8CO2
(4)减少Li2CO3的溶解损失 4.0×10-3
(5)2CO-4e-===O2↑+2CO2↑
解析:合金废料(主要含Fe、Cu、Co、Li等,已知Co、Fe都是中等活泼金属)加入盐酸过滤得到金属M为不与盐酸反应的铜,浸出液中加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子,加入氨水调节溶液pH,使铁离子转化为氢氧化铁沉淀,通过操作1过滤得到的溶液A中加入草酸铵溶液沉淀钴离子,过滤得到溶液B,溶液B主要是锂离子的溶液,加入碳酸钠沉淀锂离子,过滤得到碳酸锂,CoC2O4·2H2O在足量空气中煅烧得到氧化钴。(1) 上述分析判断金属M为Cu,操作1为过滤操作。(2) 加入H2O2的作用是氧化亚铁离子为铁离子,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;加入氨水的作用是调节溶液pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。(3) CoC2O4·2H2O 焙烧生成Co2O3、CO2和水,反应的化学方程式为4(CoC2O4·2H2O)+3O22Co2O3+8H2O+8CO2。(4) Li2CO3微溶于水,溶解度随温度升高而降低,为减少Li2CO3的溶解损失,蒸发浓缩后必须趁热过滤;90 ℃时c(Li2CO3)=0.10 mol·L-1,则c(Li+)=0.20 mol·L-1,c(CO)=0.10 mol·L-1,则Ksp(Li2CO3)=0.20×0.20×0.10=4.0×10-3。(5) 用惰性电极电解熔融Li2CO3制取锂,阳极生成两种气体,应为二氧化碳和氧气,电极反应式为2CO-4e-===O2↑+2CO2↑。
10.(1)+2
(2)4FeWO4+O2+8NaOH2Fe2O3+4Na2WO4+4H2O 粉碎矿石(或搅拌等)
(3)AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO 玻璃棒
(4)248
解析:(1)FeWO4中O、W分别为-2价和+6价,根据化合物中各元素化合价的代数和为0可求出Fe的化合价为+2。(2)结合题给流程图可知钨铁矿在熔融时与NaOH、O2反应生成Fe2O3和钨酸钠,根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式为4FeWO4+O2+8NaOH2Fe2O3+4Na2WO4+4H2O。“熔融”时为了提高熔融速率,可采取的措施有将钨铁矿粉碎或搅拌等。(3)粗钨酸钠溶液中含有少量的NaAlO2溶液,通入过量CO2时,NaAlO2与CO2、H2O反应生成Al(OH)3和NaHCO3。操作Ⅰ为过滤操作,实验中需要用到引流的玻璃仪器是玻璃棒。(4)结合题给流程图可知(NH4)2WS4中W和S分别为+6价和-2价,根据化合价变化可知,每生成2 mol WS2时转移16 mol电子,则反应中转移8 mol电子时,生成1 mol WS2,其质量为(184+32×2)g·mol-1×1 mol=248 g。
11.(1)+3 B4O+2H++5H2O===4H3BO3 3Mg+B2O32B+3MgO B2O3
(2)H3BO3+H2O[B(OH)4]-+H+ H3BO3+OH-===[B(OH)4]-
(3)防止MgCl2水解生成Mg(OH)2
(4)碱式 99%
解析:(1)硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O,钠元素化合价为+1价,氧元素化合价-2价,依据化合价代数和为0计算得到硼元素化合价为+3价;用H2SO4调pH至2~3,硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3 ,反应的离子方程式为B4O+2H++5H2O===4H3BO3;X为H3BO3晶体加热脱水的产物B2O3,镁和B2O3反应生成氧化镁和硼,反应的化学方程式为3Mg+B2O32B+3MgO,反应中元素化合价降低的作氧化剂,硼元素化合价由+3价变化为0价,则B2O3作氧化剂。
(2)硼酸是一种一元弱酸,它与水作用时结合水电离的OH-而释放出水电离的H+,据此书写离子方程式为H3BO3+H2O[B(OH)4]-+H+;硼酸是一元弱酸,与氢氧化钠反应生成四羟基硼酸根,反应的离子方程式为H3BO3+OH-===[B(OH)4]-。
(3)MgCl2·7H2O需要在HCl氛围中加热,是为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁。
(4)H2S2O3为弱酸,Na2S2O3溶液显碱性,据此选择滴定管应为碱式滴定管;硫代硫酸钠的物质的量为0.30 mol·L-1×0.018 L=0.005 4 mol,根据关系式:BBI3~I2~3S2O,n(B)=n(S2O)=0.001 8 mol,硼的质量为11 g·mol-1×0.001 8 mol=0.019 8 g,粗硼中硼的含量为×100%=99%。
12.(1)PbSO4
(2)会产生SO2气体,污染环境或无法反应(速率慢)等
(3)Zn+2Cu2++2Cl-===2CuCl↓+Zn2+
(4)促使Fe(OH)3胶体聚沉,有利于过滤分离
(5)2 H2+Zn(OH)2H2O+Zn+2OH-
(6)5 1×10-11mol·L-1
解析:(5)储罐内ZnO溶解后形成Zn(OH)离子,发生的离子反应为2OH-+ZnO+H2O===Zn(OH),则每溶解1 mol ZnO,需消耗2 mol KOH;电解池阳极上的H2在碱性条件下失电子氧化生成H2O,电极反应为H2-2e-+2OH-===2H2O,阴极上Zn(OH)得电子还原生成Zn,电极反应式为Zn(OH)+2e-===Zn+4OH-,则电解池中的总反应离子方程式为H2+Zn(OH)2H2O+Zn+2OH-。
(6)已知Ka(CH3COOH)===2.0×10-5,则c(H+)=1×10-5mol·L-1,此时溶液pH=5;Ka1(H2S)×Ka2(H2S)=×==1.0×10-7×1.0×10-14,其中c(H+)=1×10-5mol·L-1,c(H2S)=0.10 mol·L-1,则c(S2-)=1.0×10-12 mol·L-1,此时Ksp(ZnS)=1.0×10-23=c(Zn2+)·c(S2-),则
c(Zn2+)=1×10-11mol·L-1。
13.(1)Na2SiO3、Na2BeO2 BeO+4H+===Be2++2H2O
(2)②④⑤③ 增强熔融盐的导电性
(3)MnO2+CuS+2H2SO4===S+MnSO4+CuSO4+2H2O
(4)Fe(OH)3 8.0
解析:(1)由信息ⅰ知,BeO是两性氧化物,可与NaOH溶液反应,但CuS、FeS不与NaOH溶液反应,SiO2是酸性氧化物,可与NaOH溶液反应,因此滤液A中主要成分是过量的NaOH及生成的Na2SiO3、Na2BeO2。由AlO与盐酸反应可推出相应反应的离子方程式为BeO+4H+===Be2++2H2O。(2)先向溶液中加入过量的氨水,得到 Be(OH)2 沉淀,过滤、洗涤后再将沉淀溶解在适量的盐酸中,相应操作步骤为②④⑤③。BeCl2只能微弱地电离,故加入强电解质NaCl可增强熔融盐的导电性。(3)由题给信息可先写出MnO2+CuS+H2SO4―→S+ MnSO4+CuSO4+H2O,配平即可。(4)Fe3+开始形成沉淀时c(OH-)= mol·L-1≈1.7×10-12mol·L-1,同理可求出Mn2+开始形成沉淀时的c(OH-)=1×10-6 mol·L-1,Cu2+开始形成沉淀时的c(OH-)=1×10-10 mol·L-1,故沉淀F是 Fe(OH)3。为得到尽可能多的Cu2+,溶液的pH越大越好,但pH增大过程中不应出现Mn(OH)2沉淀,结合前面的计算知溶液的pH最大为8.0。
14.(1)Li2O·Al2O3·4SiO2
(2)除去反应Ⅰ中过量的H2SO4;控制pH,使Fe3+、Al3+完全沉淀
(3)Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓、Ca2++CO=CaCO3↓
(4)热水 Li2CO3在较高温度下溶解度小,用热水洗涤可减少Li2CO3的溶解损耗
(5)第一次浓度过大会使部分Li+沉淀,第二次浓度大则有利于Li2CO3沉淀的生成
(6)加热蒸干LiCl溶液时,有少量LiCl水解生成LiOH,LiOH受热分解生成Li2O,电解时产生O2
解析:(1)硅酸盐既可以用盐的形式表示,也可以用氧化物的形式表示。在用氧化物表示时,先写活泼金属的氧化物,再写较活泼金属的氧化物,最后写非金属的氧化物,并且要符合质量守恒定律。LiAlSi2O6可表示为Li2O·Al2O3·4SiO2。(2)反应Ⅱ加入碳酸钙是为了除去反应Ⅰ中过量的H2SO4;控制pH,使Fe3+、Al3+完全沉淀。(3)根据框图中物质之间的转化关系可知,反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式为Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓、Ca2++CO=CaCO3↓。(4)因为Li2CO3的溶解度随温度的升高而降低,所以洗涤Li2CO3沉淀要使用热水,这样可减少Li2CO3的溶解损耗。(5)若第一次碳酸钠溶液浓度过大,则部分Li+会形成沉淀,而第二次碳酸钠溶液浓度大,则有利于Li2CO3沉淀的生成。(6)因为在加热蒸干LiCl溶液时,有少量LiCl发生水解反应生成LiOH,LiOH受热分解生成Li2O,Li2O在电解时产生O2。因此电解LiCl时,阳极产生的氯气中常含有少量的O2。
15.(1)升高温度、搅拌、适当提高硫酸浓度等(合理即可)
MgCO3+2H+===Mg2++H2O+CO2↑、MgSiO3+2H+===Mg2++H2SiO3↓
(2)将Fe2+氧化为Fe3+,便于除铁
(3)①K3[Fe(CN)6]溶液 ②KSCN溶液
(4)MgO、Mg(OH)2、MgCO3或Mg2(OH)2·CO3(写出一个即可) 5.0<pH<8.5
(5)取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,若不产生白色沉淀,则表明已洗涤干净
解析:(1)为了加快废渣的酸溶速率,可采取的办法有升高温度、搅拌、适当提高硫酸浓度等,酸溶时废渣中主要是碳酸镁和硅酸镁与硫酸的反应,写离子方程式时碳酸镁和硅酸镁都要保留化学式。(2)由流程信息可知下一步是“萃取分液”除去溶液中的Fe3+,而溶液中可能含有亚铁离子,因而用双氧水将亚铁离子氧化为铁离子,便于除去。(3)①检验溶液中是否含有Fe2+的最佳试剂是K3[Fe(CN)6]溶液。②萃取分液完成后,检验水相中是否含有Fe3+的最佳试剂是KSCN溶液。(4)MgO、Mg(OH)2、MgCO3或Mg2(OH)2·CO3均能消耗溶液中的氢离子且不引入新的杂质。根据氢氧化铝的溶度积常数可知当铝离子浓度小于1×10-6 mol·L-1时,可计算氢氧根的浓度:c(OH-)>==1.0×10-9 mol·L-1,即pH应大于5.0,又因为pH=8.5时,Mg(OH)2开始沉淀,所以应调节pH的范围为5.0<pH<8.5。(5)沉淀表面含有硫酸根离子,可以通过检验硫酸根离子判断沉淀是否洗涤干净。
16.(1)Cu2S+4Fe3+===2Cu2++4Fe2++S
(2)CuCl+FeCl3===CuCl2+FeCl2
(3)温度高苯容易挥发
(4)b
(5)调节溶液的pH,使铁元素完全转化为Fe(OH)3沉淀 抑制Cu2+的水解
(6)0.2
解析:(6)该转化中Cu被氧化成Cu2S,化合价升高1价,CuFeS2被还原成Cu2S,化合价降低1价,根据电子守恒可知答案为0.2。
17.(1)Ca2+、Mn2+
(2)除去过量的碳酸钠,避免蒸发浓缩时析出碳酸锂
(3)Mg(OH)2和盐酸反应可生成MgCl2溶液,在HCl气流中蒸发MgCl2溶液得到无水MgCl2
(4)0.18 mol·L-1
(5)减少碳酸锂在洗涤过程中的损失 过滤速率快,得到的沉淀较干燥
(6)2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+6CO2
解析:海水中含较大浓度的LiCl及少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等,加入纯碱,得到CaCO3、MnCO3、MgCO3等沉淀,滤液中主要含LiCl、NaCl及过量的Na2CO3,则向滤液中加入盐酸调节溶液pH,目的是除去过量的碳酸钠,防止蒸发浓缩时生成Li2CO3;蒸发浓缩、再次除杂后,向滤液中加入纯碱得到Li2CO3沉淀,将Li2CO3、CoCO3、O2混合加热反应生成LiCoO2和CO2。
(1)结合已知①知“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2+和Ca2+、Mn2+。
(2)Mg(OH)2和盐酸反应可生成MgCl2溶液,MgCl2为强酸弱碱盐,直接加热MgCl2溶液会促使MgCl2水解生成Mg(OH)2和HCl,为抑制MgCl2水解,需在HCl气流中蒸发MgCl2溶液。
(4)20 ℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295 g,则饱和溶液中碳酸锂的质量分数为×100%,饱和溶液密度为1.014 8 g·cm-3,则其中Li2CO3的物质的量浓度为=eq \f(1000×1.0148××100%,74)mol·L-1≈0.18 mol·L-1。(5)Li2CO3微溶于热水,可溶于冷水,故“热水洗涤”可减少碳酸锂在洗涤过程中的损失。图示为减压过滤装置,该装置可加快过滤速率,减少温度降低后碳酸锂溶于冷水中的损失,且该装置所得固体较干燥。
(6)由题意知,“合成”工序中Li2CO3、CoCO3、O2在高温条件下反应生成LiCoO2和CO2,化学方程式为2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+6CO2。
18.(1)AgCl、PbCl2
(2)2BiOCl+2NaOHBi2O3+2NaCl+H2O
(3)3Cu2++2H2O+2Cl-===Cu3(OCl)2↓+4H+ 97.6%
(4)浸出
解析:(1)根据工艺流程图分析可知,铋渣中加入盐酸和饱和NaCl溶液,滤渣Ⅰ的成分是AgCl和PbCl2。(2)“脱氯”时,BiOCl与热的NaOH反应得到Bi2O3和NaCl,反应的化学方程式为2BiOCl+2NaOHBi2O3+2NaCl+H2O。(3)“沉铜”时,向滤液Ⅱ中加入NaOH溶液调节pH,促进Cu2+水解生成Cu3(OCl)2,反应的离子方程式为3Cu2++2H2O+2Cl-===Cu3(OCl)2↓+4H+,加入等体积的NaOH溶液时,pH=6,溶液中c(H+)=10-6mol·L-1,则c(OH-)=10-8mol·L-1,由于Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·c2(OH-),则c(Cu2+)=0.000 12 mol·
L-1,n(Cu2+)=0.000 12 mol·L-1×2V L=0.000 24V mol,则去除的Cu2+的物质的量为0.01V mol-0.000 24V mol=0.009 76V mol,Cu2+的去除率为×100%=97.6%。
(4)滤液Ⅲ为NaCl溶液,经加热浓缩后可返回浸出工序循环使用。
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