最新高考化学必考重难点附解答以物质制备为目的的工业流程题Word文档下载推荐.docx
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(2)分析流程中的每一步骤,从几个方面了解流程:
A.反应物是什么,B.发生了什么反应,C.该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用。
抓住一个关键点:
一切反应或操作都是为了获得产品。
(3)从问题中获取信息,帮助解题,了解流程后着手答题。
对反应条件的分析可从以下几个方面着手:
对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响(如可以从原料成本,原料来源是否广泛、是否可再生,能源成本,对设备的要求,环境保护等方面考虑)。
二、题型分类
【典例1】【2019·
课标全国Ⅰ,26】硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。
一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·
H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)在95℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为____________________________。
(2)“滤渣1”的主要成分有________。
为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是________。
(3)根据H3BO3的解离反应:
H3BO3+H2OH++B(OH),Ka=5.81×
10-10,可判断H3BO3是________酸;
在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是____________________________。
(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·
MgCO3沉淀的离子方程式为________________,
母液经加热后可返回________工序循环使用。
由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是__________________________________________。
【答案】
(1)NH4HCO3+NH3===(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
(3)一元弱 转化为H3BO3,促进析出
(4)2Mg2++3CO+2H2O===Mg(OH)2·
MgCO3↓+2HCO(或2Mg2++2CO+H2O===Mg(OH)2·
MgCO3↓+CO2↑) 溶浸 高温焙烧
【解析】
(1)硫酸铵溶液中存在平衡:
NH+H2ONH3·
H2O+H+,硼酸镁能与水解出的H+反应,促进平衡向右移动,生成的一水合氨浓度增大,因溶液中存在平衡NH3·
H2ONH3+H2O,一水合氨浓度增大,促进NH3·
H2O分解产生NH3。
用NH4HCO3溶液吸收氨气,发生的反应为NH4HCO3+NH3===(NH4)2CO3。
(2)二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液,滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。
检验Fe3+的试剂可选用KSCN。
(3)由题给硼酸的解离反应方程式知,硼酸是一元弱酸。
“过滤2”之前,调节pH≈3.5目的是将硼元素转化为硼酸,促进硼酸析出。
(4)“沉镁”中,碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生双水解反应生成碱式碳酸镁:
2MgSO4+2(NH4)2CO3+H2O===Mg(OH)2·
MgCO3↓+2(NH4)2SO4+CO2↑,或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。
母液含硫酸铵,可以将母液返回“溶浸”工序循环使用,体现绿色化学理念和环境保护思想。
碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁,联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁,也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳,可知采用的方法是高温焙烧法,MgCO3·
Mg(OH)22MgO+H2O+CO2↑。
【典例2】【2019·
课标全国Ⅲ,26】高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如图所示。
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·
L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Mn2+
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mg2+
Zn2+
Ni2+
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
(1)“滤渣1”含有S和________;
写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式_________________________。
(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是____________________________。
(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为________~6之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是________。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。
若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是______________________________。
(6)写出“沉锰”的离子方程式________________________________。
(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。
当x=y=时,z=________。
(1)SiO2(不溶性硅酸盐) MnO2+MnS+2H2SO4===2MnSO4+S+2H2O
(2)将Fe2+氧化为Fe3+
(3)4.7 (4)NiS和ZnS
(5)F-与H+结合形成弱电解质HF,MgF2Mg2++2F-平衡向右移动
(6)Mn2++2HCO===MnCO3↓+CO2↑+H2O (7)
(1)硫化锰矿中硅元素主要以SiO2或不溶性硅酸盐形式存在,则“滤渣1”的主要成分为S和SiO2(或不溶性硅酸盐)。
结合“滤渣1”中含S,可知“溶浸”时MnO2与MnS在酸性条件下发生氧化还原反应生成MnSO4和S,根据得失电子守恒可配平该反应。
(2)“溶浸”后溶液中含Fe2+,“氧化”中加入的适量MnO2能将Fe2+氧化为Fe3+。
(3)“调pH”除去Fe3+和Al3+时,结合表格中数据信息可知需控制溶液的pH在4.7~6之间。
(4)“除杂1”中加入Na2S能将Zn2+和Ni2+分别转化为沉淀除去,故“滤渣3”的主要成分为NiS和ZnS。
(5)“除杂2”中F-与Mg2+反应生成MgF2沉淀,若溶液酸度过高,则F-与H+结合生成弱电解质HF,导致MgF2(s)Mg2+(aq)+2F-(aq)平衡向右移动,Mg2+不能完全除去。
(6)“沉锰”时Mn2+与HCO反应生成MnCO3并放出CO2,由此可写出离子方程式。
(7)化合物LiNixCoyMnzO2中,当x=y=时,根据化合价代数和为0得1+2×
+3×
+4z-2×
2=0,解得z=。
1.磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一,磁性材料广泛用于电子信息、军事技术等领域。
碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体,工业上用氯化铵焙烧锰矿粉制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下:
已知:
①锰矿粉的主要成分是MnCO3,还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。
②相关金属Mn+离子c(Mn+)═0.1mol•L-1形成M(OH)n沉淀的pH范围如下:
③常温下,Ksp(CaF2)═1.46×
10-10Ksp(MgF2)═7.42×
10-11Ka(HF)═1.00×
10-4
(1)分析下列图1、图2,氯化铵焙烧锰矿粉的最佳条件是:
__________________。
(2)“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为_________________________。
(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__________;
再调节溶液的pH将Al3+、Fe3+变为沉淀除去;
然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+沉淀除去,此时溶液pH为6,c(Mg2+)═4.64×
10-6mol·
L-1,c(HF)为_________mol·
L-1。
(4)碳化结晶时,反应的离子方程式为_____________________________________。
(5)碳化结晶过程中不能用碳酸铵溶液代替碳酸氢铵溶液可能的原因是___________________。
(6)测定碳酸锰产品的纯度。
称取0.5000g碳酸锰产品于锥形瓶中,加25.00mL磷酸,加热,碳酸锰全部转化为[Mn(PO4)2]3-,冷却至室温。
加水稀释至100mL,滴加2~3滴指示剂,然后用浓度为0.2000mol·
L-1的硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]标准溶液滴定(反应为:
[Mn(PO4)2]3-+Fe2+═Mn2++Fe3++2PO43-)。
重复操作3次,记录数据如下表:
滴定次数
0.2000mol·
L-1的硫酸亚铁铵标准溶液读数(mL)
滴定前
滴定后
1
0.10
20.20
2
1.32
21.32
3
1.05
20.95
则产品的纯度=__________,若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡,则测得的碳酸锰粗产品的纯度___(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
(1)500℃m(NH4Cl)∶m(锰矿粉)=1.10
(2)MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O
(3)MnO2+2Fe2++4H+═Mn2++2Fe3++2H2O4.0×
10-5
(4)Mn2++2HCO3-MnCO3+CO2↑+H2O
(5)碳酸根离子水解程度大,碳酸铵溶液中c(OH-)较大,易产生Mn(OH)2沉淀
(6)92.00%偏低
【解析】将菱锰矿粉(主要成分是MnCO3,还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素)和氯化铵混合研磨后焙烧,反应生成二氧化碳和氨气,因此反应方程式为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O,浸出,浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+,浸出液需要净化除杂,根据(3)的提示,需要加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+,再调节溶液的pH将Al3+、Fe3+变为Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀除去,然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+以CaF2、MgF2沉淀除去,净化液中主要溶质为MnCl2、NH4Cl,加入碳酸氢铵发生反应:
Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O,炭化结晶,过滤,滤饼干燥后得到MnCO3,滤液为NH4Cl溶液,蒸发结晶得到NH4Cl固体,可循环使用,据此分析解答。
(1)根据图像可知,锰的浸出率随着温度的升高而增大,随着m(NH4Cl)∶m(锰矿粉)增大而增大,500℃、m(NH4Cl)∶m(锰矿粉)=1.10时,锰的浸出率最高,温度过高,m(NH4Cl)∶m(锰矿粉)再打,浸出率变化不大,成本增加,故焙烧温度取500℃、m(NH4Cl)∶m(锰矿粉)=1.10即可。
(2)将菱锰矿粉(主要成分是MnCO3,还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素)和氯化铵混合研磨后焙烧,反应生成二氧化碳