培优训练4 工艺流程题专项训练文档格式.docx
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(2)①根据高硫铝土矿的成分中含FeS2和金属硫酸盐,而已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃,如果不添加CaO在低于500℃焙烧,则去除的硫元素主要来源于FeS2,具体的反应原理为4FeS2+11O2
2Fe2O3+8SO2。
②添加的CaO吸收SO2生成CaSO3,CaSO3易被空气中的氧气氧化为CaSO4。
根据题目所给“多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃”,可知700℃时CaSO4可能未分解或未完全分解而留在矿粉中,从而导致添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低。
(3)高硫铝土矿中的氧化铝溶于NaOH生成NaAlO2:
Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O;
向NaAlO2溶液中通入过量的二氧化碳,生成氢氧化铝:
CO2(过量)+2H2O+NaAlO2===Al(OH)3↓+NaHCO3。
(4)根据得失电子守恒可知FeS2与Fe2O3的物质的量之比为1∶16。
答案
(1)OH-+SO2===HSO
(2)①FeS2 ②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中
(3)NaAlO2 Al(OH)3
(4)1∶16
2.(2019·
苏州市高三期初调研,16)以白云石(化学式表示为MgCO3·
CaCO3)为原料制备氢氧化镁的工艺流程如下:
①白云石加热过程中,固体失重百分比与温度的关系如图所示:
②Ksp[Mg(OH)2]=5.61×
10-12。
(1)根据流程图判断白云石“轻烧”后固体产物的主要成分是___________________________________________________________________
(填化学式)。
结合图判断“轻烧”温度应不超过________。
(2)“加热反应”的化学方程式为__________________________________。
(3)沉淀过程控制溶液的pH为9.5,此时溶液中c(Mg2+)=________。
(4)该工艺中可以循环使用的物质是________________________(填化学式)。
(5)传统工艺将白云石分解为氧化镁和氧化钙后提取,从环境保护的角度分析,该工艺采用轻烧白云石的方法,其优点是________________________________。
解析 流程分析白云石主要成分为MgCO3·
CaCO3轻烧,从过滤中可以得到CaCO3来进行判断,分解的只是碳酸镁,研磨加入水和硫酸铵加热,硫酸铵和氧化镁反应生成氨气、硫酸镁和水,过滤加入氨水生成氢氧化镁沉淀,过滤得到氢氧化镁固体;
则
(1)从过滤中可以得到CaCO3来进行判断分解的只是碳酸镁,分解生成氧化镁,因此白云石“轻烧”后固体产物的主要成份CaCO3、MgO;
从表中可以看出,温度低于540℃时,物质不分解,高于840℃时,碳酸钙和碳酸镁都分解,因此该温度不超过700℃;
(2)加热的过程是放出氨气的过程,该过程中因为氧化镁跟水反应很少,因此涉及到的反应应该为:
(NH4)2SO4+MgO
MgSO4+2NH3↑+H2O;
(3)依据溶度积常数计算得到,沉淀过程溶液的pH=9.5,c(OH-)=10-4.5mol/L,c(Mg2+)=Ksp[Mg(OH)2]/c2(OH-)=5.61×
10-12/(10-4.5)2=5.61×
10-3mol/L;
(4)该工艺中可以循环使用的物质是参加反应过程,反应后又生成的物质,流程图分析判断(NH4)2SO4、NH3或NH3·
H2O可以循环使用;
(5)分析流程可知,传统工艺将白云石分解为氧化镁和氧化钙后提取,该工艺采用轻烧白云石的方法可以减少能源消耗、便于CaCO3分离,同时也减少CO2排放。
答案
(1)CaCO3、MgO 700℃
(2)(NH4)2SO4+MgO===MgSO4+2NH3+H2O (3)5.61×
10-3mol/L
(4)(NH4)2SO4、NH3或NH3·
H2O (5)减少能源消耗、减少CO2的排放、便于CaCO3分离
3.[(2018·
厦门外国语学校5月适应性考试(最后压轴模拟),27)]从废旧锂离子二次电池(主要成分为LiCoO2,还含有少量石墨和镀镍金属钢壳、铝箔以及钙等杂质)中回收钴和锂的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“碱浸”的目的是____________________________________________。
(2)“酸浸”过程中LiCoO2发生反应的离子方程式为:
__________________
_________________________________________________________________,
浸渣中含有的主要成分是________。
(3)“萃取净化”除去的杂质离子有Ni2+外,还有______________________。
(4)“萃取分离”中钴、锂萃取率与平衡pH关系如图所示,pH一般选择5左右,理由是________________________________________________________。
(5)“沉锂”中Li2CO3溶解度随温度变化曲线如下图所示:
①根据平衡原理分析Li2CO3在水中溶解度随温度变化的原因_______________________________________________________________。
②为获得高纯Li2CO3,提纯操作依次为趁热过滤、________、干燥。
③若“沉锂”中c(Li+)=1.0mol·
L-1,加入等体积等浓度Na2CO3溶液,此时实验所得沉锂率为________。
(已知Li2CO3的Ksp为9.0×
10-4)
解析
(1)“碱浸”的目的是用氢氧化钠溶液将其中的Al溶解。
(2)LiCoO2中Co为+3价,最后生成的CoSO4中Co为+2价,所以酸浸这一步中,加入H2O2的目的是为了将+3价Co还原为+2价Co,所以反应的离子方程式为:
2LiCoO2+H2O2+6H+===2Li++2Co2++O2↑+4H2O。
浸渣中主要是不与酸反应的石墨以及生成的硫酸钙沉淀。
(3)整个提取的过程中需要除去的杂质是Ca、Fe、Al、Ni;
在前面的步骤中已经除去了Al和Ca,所以萃取净化应该要除去Ni2+和Fe3+。
(4)由图示在pH为5左右的时候,Co和Li的萃取率差异最大,此时分离的效果最好。
(5)①图中显示随着温度升高,碳酸锂的溶解度逐渐减小,所以推测该物质溶于水的过程是放热的。
②提取的过程为趁热过滤,洗涤,干燥,所以答案为:
洗涤。
③c(Li+)=1.0mol·
L-1,加入等体积等浓度Na2CO3溶液,则碳酸钠的浓度也是1.0mol·
L-1,加入的瞬间溶液体积转化为原来的2倍,浓度都是原来的一半,即c(Li+)=c(CO
)=0.5mol·
L-1,沉淀出碳酸锂,所以碳酸根过量1倍,剩余c(CO
)=0.25mol·
L-1,代入Ksp的计算式得到c(Li+)=
=
=0.06(mol/L)。
因为两溶液混合的瞬间c(Li+)=0.5mol/L,所以沉锂率为(0.5-0.06)÷
0.5=88%。
答案
(1)除去铝
(2)2LiCoO2+H2O2+6H+===2Li++2Co2++O2↑+4H2O 石墨、硫酸钙 (3)Fe3+
(4)分离效率最高
(5)①Li2CO3溶解过程为放热反应 ②洗涤 ③88.0%
4.(2018·
福州市高三下学期5月模拟考试理综,28)辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。
一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下所示:
(1)写出“浸取”过程中Cu2S溶解时发生反应的离子方程式:
________________________________________________________________。
(2)“矿渣”中除了S以外,还有___________________________(填化学式);
“回收S”过程中温度控制在50~60℃之间,不宜过高或过低的原因是_________________________________________________________________。
(3)“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_________________________________________________________________。
(4)气体NOx与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质,该反应的化学方程式为________________________________________________
______________________________________________________________;
向“滤液M”中加入(或通入)________(填下列选项代号),可得到另一种流程中可循坏利用的物质。
a.铁 b.氯气 c.高锰酸钾
解析 考查化学工艺流程,
(1)Cu2S中Cu显+1价,S显-2价,都具有还原性,FeCl3中Fe3+具有强氧化性,根据流程,浸取发生的离子反应是Cu2S+4Fe3+===2Cu2++4Fe2++S;
(2)根据辉铜矿的成分,含有少量的脉石,SiO2不与FeCl3发生反应,因此矿渣中还含有SiO2;
苯的沸点较低,温度过高,苯易挥发,温度过低,反应速率慢或溶解度小;
(3)置换过程过滤后,得到固体物质是Cu和Fe,Cu和Fe与硝酸反应生成Cu(NO3)2和Fe(NO3)3,Fe3+水解:
Fe3++3H2O
Fe(OH)3+3H+,加入CuO的目的是调节pH,促使Fe3+水解,生成氢氧化铁沉淀;
Cu(NO3)2溶液中Cu2+发生水解,Cu2++2H2O===Cu(OH)2+2H+,加入硝酸,抑制Cu2+水解;
(4)氮的氧化物与氧气、H2O反应生成HNO3,硝酸是循环利用的一种物质,该反应的化学方程式为4NOx+(5-2x)O2+2H2O===4HNO3;
置换中发生Fe+CuCl2===FeCl2+Cu、Fe+2FeCl3===3FeCl2,滤液M中成分是FeCl2,根据流程图,FeCl3是循环物质,即需要加入Cl2,把FeCl2氧化成FeCl3,故选项b正确。
答案
(1)Cu2S+4Fe3+===2Cu2++4Fe2++S
(2)SiO2 温度过高苯易挥发,温度过低硫的溶解速率(或溶解度)小 (3)提升溶液的pH,促进Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀 抑制Cu2+水解 (4)4NOx+(5-2x)O2+2H2O===4HNO3 b
5.(2019·
河南师范大学附属中学高三月考,27)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)①“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:
FeS2+14Fe3++8H2O===15Fe2++2SO
+16H+,则另一个反应的离子方程式为_________________________________________________________________。
②加入FeS2还原后,检验Fe3+是否反应完全的方法是____________________
___________________________________________________________________。
(3)①“沉淀”时,需要控制温度在35℃以下,其可能原因是_________________________________________________________________。
②所得FeCO3需充分洗涤,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23.2kg的FeCO3,得到Fe2O3和FeO的混合物15.84kg,则Fe2O3的质量为________kg。
解析 烧渣(主要含Fe2O3、FeO,还有一定量的SiO2)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4FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2,设Fe2O3的质量为x,根据化学反应前后铁元素质量不变:
100%×
x+
(15.84kg-x)=
23.2kg,解得x=14.4kg。
答案
(1)加热(或适当增加硫酸的浓度、将烧渣粉碎、搅拌等)
(2)①FeS2+2Fe3+===3Fe2++2S↓
②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+,未反应完全
(3)①防止碳酸铵分解,减小亚铁离子的水解程度
②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)4FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2 14.4
6.(2018·
周口市上学期期末抽测调研)某化学兴趣小组对一种废旧合金(含有Cu、Fe、Si等元素)进行分离、回收再利用,所设计工艺流程如下。
298K时,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×
10-38,
Ksp[Cu(OH)2]=2.2×
10-20,Ksp[Mn(OH)2]=1.9×
10-13
(1)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为________,固体B为________(填化学式)。
(2)加入过量FeCl3溶液过程中与较不活泼的金属反应的离子方程式__________________________________________________________________。
(3)调节pH至2.9~3.2的目的是分离________(填离子符号)
(4)①向溶液b中加入酸性KMnO4溶液发生反应的离子方程式为__________________________________________________________________。
②若用amol/LKMnO4溶液处理溶液b,当恰好反应时消耗KMnO4溶液VmL,所得红棕色固体C的物质的量为________(用含a、V的代数式表示)
(5)常温下,若溶液c中所含的金属阳离子浓度相等,向溶液c中逐滴加入KOH溶液,最后生成的沉淀为________________________________________
_____________________________________________________(填化学式)。
(6)用惰性电极电解时阳极产生标准状况下的气体6.72L,阴极得到的电子数为0.8NA,则生成氧气的物质的量为________mol。
解析 试题分析:
由流程可知,合金经氯化铁溶液溶解后把其中的铁和铜溶解,过滤后除去硅;
向滤液中加入过量的铜,把过量的Fe3+还原,过滤得到铜,再向滤液中加入酸性高锰酸钾溶液把亚铁离子完全氧化为+3价铁离子,然后再加碱调节pH使+3价铁离子转化为氢氧化铁沉淀;
滤液经处理后电解,阳极得到氯气和氧气、阴极得到铜。
(1)操作I、Ⅱ、Ⅲ为过滤,固体B为Cu。
(2)FeCl3溶液与较不活泼的金属铜反应的离子方程式为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
(3)调节pH至2.9~3.2的目的是分离Fe3+。
(4)①向溶液b中加入酸性KMnO4溶液发生反应的离子方程式为MnO
+5Fe2++8H+===Mn2++5Fe3++4H2O。
②若用amol/LKMnO4溶液处理溶液b,当恰好反应时消耗KMnO4溶液VmL,由反应的离子方程式可知,n(Fe3+)=5n(KMnO4)=5×
V×
10-3L×
amol/L=5aV×
10-3mol,所得红棕色固体C为Fe2O3,其物质的量为2.5aV×
10-3mol。
(5)常温下,溶液c中所含的金属阳离子为Fe3+、Cu2+和Mn2+,若三者浓度相等,向溶液c中逐滴加入KOH溶液,因为Ksp[Fe(OH)3]≪Ksp[Cu(OH)2]≪Ksp[Mn(OH)2],所以先生成的沉淀是Fe(OH)3(由流程可知,pH=3.2时,Fe3+沉淀完全,而Cu2+和Mn2+尚未开始沉淀),最后生成的沉淀为Mn(OH)2。
(6)用惰性电极电解时阳极产生标准状况下的气体6.72L,阴极得到的电子数为0.8NA,由电子转移守恒得,4n(O2)+2[
-n(O2)]=0.8mol,则生成氧气的物质的量为0.1mol。
答案
(1)过滤 Cu
(2)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+ (3)Fe3+ (4)①MnO
+5Fe2++8H+===Mn2++5Fe3++4H2O ②2.5aV×
10-3mol (5)Mn(OH)2 (6)0.1