高考化学大题专项训练《化学工艺流程题2》及答案解析Word下载.docx

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6H2O的含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥，测沉淀质量。

通过计算发现粗产品中CoCl2·

6H2O质量分数大于100%，其原因可能是________________________（回答一条原因即可）。

（6）将5.49g草酸钴晶体（CoC2O4·

2H2O）置于空气中加热，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如下表。

温度范围/℃

固体质量/g

150～210

4.41

290～320

2.41

经测定，整个受热过程，只产生水蒸气和CO2气体，则290～320℃温度范围，剩余的固体物质化学式为____。

[已知：

CoC2O4·

2H2O的摩尔质量为183g·

mol−1]

【答案】

（1）将Fe3+、Co3+还原

（2）ClO3-＋6Fe2+＋6H+=Cl－＋6Fe3+＋3H2O

（3）使Fe3+和Al3+沉淀完全CaF2和MgF2

（4）蒸发浓缩冷却结晶

（5）粗产品中结晶水含量低（或粗产品中混有氯化钠杂质）

（6）Co3O4（或CoO·

Co2O3）

【解析】

（1）、浸出过程中，Co2O3、Fe2O3与盐酸、Na2SO3发生反应，Co2O3转化为Co2+，Fe2O3转化为Fe2+，Co、Fe元素化合价降低，则S元素化合价升高，SO32-转化为SO42-，故答案为：

将Fe3+、Co3+还原；

（2）、NaClO3加入浸出液中，将Fe2+氧化为Fe3+，ClO-被还原为Cl-，反应的离子方程式为：

ClO3-＋6Fe2+＋6H+=Cl－＋6Fe3+＋3H2O-；

（3）根据工艺流程图结合表格中提供的数据可知，加Na2CO3调pH至5.2，目的是使Fe3+和Al3+沉淀完全。

滤液l中含有的金属阳离子为Co2+、Mn2+、Mg2+、Ca2+等，萃取剂层含锰元素,结合流程图中向滤液1中加入了NaF溶液，知沉淀Ⅱ为MgF2、CaF2；

（4）、经过操作I由溶液得到结晶水合物，故除题中已知过程外，操作I还包括蒸发浓缩、冷却结晶；

（5）、根据CoCl2·

6H2O的组成及测定过程分析，造成粗产品中CoCl2·

6H2O的质量分数大于100%的原因可能是：

含有氯化钠杂质，使氯离子含量增大或结晶水合物失去部分结晶水，导致相同质量的固体中氯离子含量变大；

（6）、整个受热过程中只产生水蒸气和CO2气体，5.49gCoC2O4·

2H2O为0.03mol，固体质量变为4.41g时，质量减少1.08g，恰好为0.06molH2O的质量，因此4.41g固体为0.03molCoC2O4。

依据元素守恒知，生成n（CO2）=0.06mol，m（CO2）=0.06mol×

44g/mol=2.64g。

而固体质量由4.41g变为2.41g时，质量减少2g，说明290~320℃内发生的不是分解反应，参加反应的物质还有氧气。

则参加反应的m（O2）=2.64g-2g=0.64g，n（O2）=0.02mol，n（CoC2O4）:

n（O2）:

n（CO2）=0.03:

0.02:

0.06=3:

2:

6，依据原子守恒，配平化学方程式

，故290~320℃温度范围，剩余固体物质的化学式为Co3O4或CoO·

Co2O3。

2．某工厂以重晶石（主要含BaSO4）为原料，生产“电子陶瓷工业支柱”—钛酸钡（BaTiO3）

的工艺流程如下：

（1）Ksp（BaSO4）=1.0×

10﹣10，Ksp（BaCO3）=5.0×

10-9

（2）草酸氧钛钡晶体的化学式为BaTiO（C2O4）2·

4H2O

回答下列问题：

（1）为提高BaCO3的酸浸速率，可采取的措施为_________（写出一条）。

（2）配制一定浓度的TiCl4溶液时，通常是将TiCl4（室温下为液体）________________。

（3）用Na2CO3溶液泡重晶石（假设杂质不与Na2CO3溶液作用），待达到平衡后，移走上层清液，重复多次操作，将BaSO4转化为BaCO3，此反应的平衡常数K=______ 

（填写计算结果）。

若不考虑CO32-的水解，则至少需要使用浓度为_____mol/LNa2CO3溶液浸泡重晶石才能开始该转化过程。

（4）设计实验方案验证草酸氧钛钡晶体已经洗涤干净：

______________________________。

（5）“混合溶液液”环节，钛元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO（C2O4）22-和TiO（OH）+三种形式存在，如图所示。

实际制备工艺中，先用氨水调节混合溶液的pH于2.5～3之间，再进行“沉淀”，则图中曲线a对应钛的形式为_____（填化学式）；

写出“沉淀”时的离子方程式：

___________。

（6）煅烧草酸氧钛钡晶体得到BaTiO3方程式为：

__________。

（1）将BaCO3研成粉末或适当增大盐酸浓度或适当加热或搅拌等

（2）溶于浓盐酸，再加适量水稀释至所需浓度。

（3）0.025.0×

10-4

（4）取少许最后一次洗涤液，滴入稀硝酸酸化的硝酸银，无沉淀生成，说明晶体已经洗涤干净

（5）TiOC2O4TiO（C2O4）22-＋Ba2＋+4H2O=BaTiO（C2O4）2·

4H2O↓

（6）BaTiO（C2O4）2·

BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O

（1）盐酸与BaCO3发生反应：

2HCl+BaCO3=BaCl2+H2O+CO2↑，为了加快反应速率。

，可以将固体BaCO3研成粉末，以增大接触面积；

也可以适当增大盐酸浓度或适当加热升高反应温度或搅拌等等；

（2）TiCl4是强酸弱碱盐，在溶液中Ti4+会发生水解反应：

Ti4++4H2O

Ti（OH）4+4H+，使溶液变浑浊为了配制得到澄清的TiCl4溶液，同时不引入杂质离子，通常是将TiCl4溶于浓盐酸中，然后再加适量水稀释至所需浓度；

（3）在溶液中BaSO4存在沉淀溶解平衡，当向溶液中加入饱和Na2CO3溶液时，发生沉淀转化生成BaCO3：

BaSO4（s）+CO32-（aq）

BaCO3（s）+SO42-（aq），待达到平衡后，移走上层清液，重复多次操作，最终BaSO4生成BaCO3；

反应的平衡常数K=

0.02；

在BaSO4饱和溶液中，根据Ksp（BaSO4）=1.0×

10﹣10可知c（Ba2+）=1.0×

10﹣5mol/L，不考虑CO32-的水解，要实现沉淀的转化，则c（Ba2+）·c（CO32-）>

Ksp（BaCO3），c（CO32-）>

5.0×

10﹣9÷

1.0×

10﹣5=5.0×

10-4mol/L，即至少需要使用浓度为5.0×

10-4mol/LNa2CO3溶液浸泡；

（4）HCl、TiCl4、H2C2O4混合反应产生草酸氧钛钡晶体，若晶体过滤后洗涤干净，则洗涤液中不含有Cl-，所以证草酸氧钛钡晶体已经洗涤干净的方法是取少许最后一次洗涤液，滴入稀硝酸酸化的硝酸银，无沉淀生成，说明晶体已经洗涤干净；

（5）“混合溶液”环节，钛元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO（C2O4）22-和TiO（OH）+三种形式存在，据“沉淀”时生成草酸氧钛钡晶体中含有TiO（C2O4）22-（即b微粒），随着氨水的不断加入，C2O42-浓度逐渐增大的趋势可以判断a对应钛的形式为TiOC2O4，b对应钛的形式为TiO（C2O4）22-；

c对应钛的形式为TiO（OH）+；

在“沉淀”时的离子方程式为：

TiO（C2O4）22-＋Ba2＋+4H2O=BaTiO（C2O4）2·

4H2O↓

（6）草酸氧钛钡晶体煅烧得到BaTiO3，同时得到CO、CO2及水蒸气。

煅烧草酸氧钛钡晶体得到BaTiO3方程式为BaTiO（C2O4）2·

BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O。

【点睛】

本题考查了物质制备方法、过程分析判断、物质性质的应用、溶度积常数应用等知识。

掌握基础知识并灵活运用是是本题解题关键，题目难度中等。

3．高锰酸钾（KMnO4）是常用的氧化剂。

以软锰矿（主要成分是MnO2）为原料制备高锰酸钾晶体的操作流程如下：

相关资料：

①物质溶解度

②锰酸钾［K2MnO4］

外观性状：

墨绿色结晶。

其水溶液呈深绿色，这是锰酸根（MnO42-）的特征颜色。

化学性质：

在强碱性溶液中稳定，在酸性、中性和弱碱性中，MnO42-会发生岐化反应。

试回答下列问题：

（1）烘炒前，混配KOH和软锰矿固体，将软锰矿粉碎，其作用是_____，上述流程中趁热过滤的目的是___。

（2）请写出实验中通入适量CO2时体系中可能发生反应的离子方程式：

____。

（3）下列有关上述流程及操作说法正确的是_____。

A．平炉中发生的反应中MnO2的作用是氧化剂

B．流程中CO2用醋酸溶液代替，得到的产品纯度更高，而不能用盐酸和硫酸代替

C．抽滤前，应先将滤纸放入布氏漏斗中，微开水龙头，使滤纸紧贴漏斗的瓷板上

D．抽滤完毕，先断开水泵与吸滤瓶间的橡皮管，然后关闭水龙头

（4）洗涤KMnO4晶体最好的试剂是______。

A．无水乙醇B．乙醇水溶液C．氢氧化钾溶液D．冷水

（5）晶体干燥时，温度控制在80℃为宜，温度不宜过高的理由是___。

（1）增大接触面积，加快反应速度防止高锰酸钾析出

（2）3MnO42-+3CO2+2OH-=2MnO4-+MnO2↓+H2O+3CO32-

（3）BD

（4）D

（5）温度过高，产品受热分解

【分析】

软锰矿与氢氧化钾在烘炒锅里和氧气反应生成了墨绿色熔块，可得到K2MnO4，冷却溶于水后得到K2MnO4的碱性溶液，通入CO2调节pH，离子反应为3MnO42-+3CO2+2OH-=2MnO4-+MnO2↓+H2O+3CO32-，趁热过滤、冷却结晶可得到KMnO4，据此分析。

【详解】

（1）将软锰矿粉碎，增大了接触面积，能加快反应速率；

KMnO4的溶解度随温度的升高而升高，因此需要趁热过滤；

（2）通入适量的CO2时与K2MnO4碱性溶液反应得到MnO2和KMnO4，离子反应为：

3MnO42-+3CO2+2OH-=2MnO4-+MnO2↓+H2O+3CO32-；

（3）A.平炉反应中锰元素化合价升高，失电子，做还原剂，A项错误；

B.二氧化碳用醋酸代替，醋酸钾的溶解度大于碳酸钾，远大于高锰酸钾，降温结晶时不会随着高锰酸钾一起结晶出来，会使得到的产物纯度更高，如CO2用硫酸溶液代替，硫酸钾的溶解度和高锰酸钾接近，降温时会和高锰酸钾一起析出，使得到的产品不纯，所以不能用盐酸和硫酸代替二氧化碳，B项正确；

C.抽滤前，应先将滤纸放入布氏漏斗中，用蒸馏水润湿，微开水龙头，使滤纸紧贴漏斗的瓷板上，C项错误；

D.抽滤完毕，先断开水泵与吸滤瓶间的橡皮管，然后关闭水龙头，D项正确；

答案选BD。

（4）高锰酸钾的溶解度随温度的降低而减低，因此洗涤KMnO4晶体最好的试剂是冷水；

（5）由于温度过高晶体会受热分解，故应把温度控制在80℃。

4．以某含镍废料（主要成分为NiO，还含有少量FeO、Fe2O3、CoO）为原料制备NixOy和碳酸钴的工艺流程如下：

（1）“酸溶”时需将含镍废料粉碎，目的是_________________________________；

“滤渣Ⅰ”主要成分为____________________（填化学式）。

（2）“氧化”中添加NaClO3的作用是_______________________，为证明添加NaClO3已足量，可用_______________（写化学式）溶液进行检验。

（3）“调pH”过程中生成黄钠铁钒沉淀，其离子方程式为__________________。

（4）“沉钴”过程的离子方程式________________________。

若“沉钴”开始时c（Co2+）=0.10mol/L，则控制pH≤_____________时不会产生Co（OH）2沉淀。

（已知Ksp[Co（OH）2]=4.0×

10-15，lg2=0.3）

（5）从NiSO4溶液获得NiSO4·

6H2O晶体的操作依次是：

加热浓缩溶液至有晶膜出现，______________，过滤，洗涤，干燥。

“煅烧”时剩余固体质量与温度变化曲线如图，该曲线中B段所表示氧化物的化学式为__________________。

（1）提高浸出率或提高浸出速率（或其他合理答案）SiO2

（2）Fe2＋氧化为Fe3＋K3[Fe（CN）6]

（3）3Fe3＋＋Na＋＋2SO42－＋3H2O＋3CO32－=NaFe3（SO4）3（OH）6↓＋3CO2↑

（4）Co2＋＋2HCO3－=CoCO3↓＋CO2↑＋H2O7.3

（5）降温结晶（或冷却结晶）Ni2O3

金属镍废料（除含NiO外，还含有少量FeO、Fe2O3、CoO等）加入硫酸酸浸，酸浸后的酸性溶液中含有Ni2＋、Cl－，另含有少量Fe2＋、Fe3＋、Co2+等，加入NaClO3氧化亚铁离子为铁离子，加入碳酸钠溶液调节溶液的pH，使铝离子、铁离子全部沉淀，过滤后的滤液中再加入碳酸钠沉淀镍离子得黄钠铁矾渣，滤液中加入萃取剂得到沉钴和有机层，沉钴中加入NaHCO3溶液得碳酸钴；

有机层处理后生成NiSO4溶液，蒸发浓缩、冷却结晶、得NiSO4·

6H2O晶体，灼烧得NixOy

（1）“酸溶”时需将含镍废料粉碎，目的是提高浸出率或提高浸出速率（或其他合理答案）；

“滤渣Ⅰ”主要成分为SiO2（填化学式）。

（2）"

氧化"

中添加NaClO3的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋便于除去，为证明添加NaClO3已足量，实际是检验是否含有Fe2＋，可用K3[Fe（CN）6]溶液进行检验。

（3）“调pH”过程中生成黄钠铁钒沉淀，其离子方程式为3Fe3＋＋Na＋＋2SO42－＋3H2O＋3CO32－=NaFe3（SO4）3（OH）6↓＋3CO2↑。

（4）“沉钴”过程的离子方程式Co2＋＋2HCO3－=CoCO3↓＋CO2↑＋H2O。

若“沉钴”开始时c（Co2+）=0.10mol/L，Ksp[Co（OH）2]=4.0×

10-15=c（Co2+）c2（OH-）=0.10×

c2（OH-）,c（OH-）=2×

10-7，c（H+）=

，pH=-lg

=7+lg2=7.3，则控制pH≤7.3时不会产生Co（OH）2沉淀。

10-15，lg2=0.3）；

加热浓缩溶液至有晶膜出现，降温结晶（或冷却结晶），过滤，洗涤，干燥。

“煅烧”时剩余固体质量与温度变化曲线如图，从26.3gNiSO4·

6H2O失水变成15.5g，n（NiSO4·

6H2O）:

n（H2O）=

，26.3gNiSO4·

6H2O中n（Ni）=

=0.10mol，8.3g中n（Ni）:

n（O）=0.1mol:

=2:

3，该曲线中B段所表示氧化物的化学式为Ni2O3。

5．锰的合金及其化合物在现代生产、生活中有着广泛的应用。

如二氧化锰是重要的氧化剂、催化剂、干电池中的去极剂；

硫酸锰是重要的微量元素肥料。

Ⅰ．某工厂以菱锰矿（MnCO3）[含FeCO3、SiO2、Cu2（OH）2CO3等杂质]为原料联合生产二氧化锰、硫酸锰晶体的工艺流程如下图所示：

常温下几种金属氧化物沉淀时的pH：

Cu（OH）2

开始沉淀时的pH

7.2

4.7

完全沉淀时的pH

x

6.7

（1）该工厂调pH时，选择试剂a的成分最好是________，滤渣Ⅱ的成分是________，操作X是________、洗涤、低温烘干。

（2）为确保除尽杂质而又不损失锰，pH调整的范围为________；

若常温下离子（X）沉淀完全的标准是c（X）<

10-5mol／L，Ksp[Mn（OH）2]=1.0×

10-13，则使Mn2+完全沉淀时溶液的pH最小为________。

（3）若滤液Ⅱ显酸性，请写出电解法制备MnO2时阳极上的电极反应式：

________。

Ⅱ．50.7gMnSO4·

H2O样品受热分解过程的热重曲线（样品质量随温度变化曲线）如下图所示。

（已知：

M（Mn）=55g／mol）

（4）850℃时，所得固体的化学式为：

________________________。

（5）1150℃时，反应的化学方程式为：

（1）MnCO3Fe（OH）3、Cu（OH）2蒸发浓缩，冷却结晶，过滤

（2）6.7≤pH＜7.210.0

（3）Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+

（4）MnO2

（5）3MnO2

Mn2O4+O2

Ⅰ.菱锰矿用盐酸酸浸，MnCO3、FeCO3、Cu2（OH）2CO3与盐酸反应，SiO2不与盐酸反应，过滤得到滤渣1为SiO2，滤液1中含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜及剩余的HCl，向滤液中加入试剂双氧水，将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，加入试剂a为碳酸锰、Mn（OH）2等调节PH=4时Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，铜离子转化为氢氧化铜沉淀，过滤除去，滤液2中加入试剂硫酸和氯酸钾，3MnSO4+KClO3+3H2O=3H2SO4+3MnO2↓+KCl，根据电解原理进行回答判断．

Ⅱ．根据质量守恒和原子守恒计算判断；

根据锰、氧元素质量守恒分析产物，书写1150℃时，反应的化学方程式。

（1）调pH时，该试剂可与氢离子反应，且不引入新的杂质，所以可用MnCO3；

加入试剂a为碳酸锰、Mn（OH）2等调节PH=4时Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，铜离子转化为氢氧化铜沉淀，滤渣Ⅱ的成分是Cu（OH）2、Fe（OH）3；

滤液Ⅱ经蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤、低温烘干后的到硫酸锰晶体；

（2）为确保除尽铁离子、铜离子杂质而又不损失锰，根据图表可知pH的调整范围为：

6.7≤pH＜7.2；

设Mn2+完全沉淀时溶液中成c（OH-）=amol/L，根据Ksp的定义可知此时a2×

10-5=1.0×

10-13，解得a=10-4mol/L，即pH=10，

（3）用电解法制备MnO2时，阳极上发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：

Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，

Ⅱ．（4）50.70g 

MnSO4•H2O样品n（锰）=n（MnSO4•H2O）=0.3mol，其中n（H2O）=0.3mol，m（H2O）=5.4g，280℃时，所得固体质量为45.30g，减少的质量为5.4g，则说明该段失去结晶水，此时固体为：

MnSO4，继续受热分解生成锰的氧化物和硫的氧化物0.3mol，850℃时，固体质量由45.30g减少到为26.10g，减少的质量为19.2g，则硫氧化物的相对质量为64，故为二氧化硫，则此时的固体为MnO2，

（5）1150℃时固体为为二氧化锰分解所得，锰元素质量守恒，则m（锰）=n（锰）×

55=16.50g，则氧化物中m（O）=22.90g-16.50g=6.4g，n（O）=0.4mol，故n（Mn）：

n（O）=0.3：

0.4=3：

4，则该氧化物为：

Mn3O4，故反应为：

3MnO2

，

【点睛】解决第Ⅱ题的关键是根据质量分析各点物质的成分，注意利用守恒法计算，避免计算繁琐。

6．工业上以软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量FeCO3、Al2O3、SiO2）为原料制取金属锰的工艺流程如下：

Ⅰ．Mn（OH）2开始沉淀pH为8.3，完全沉淀pH为9.8。

Ⅱ．MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解。

（1）“粉磨”软锰矿的目的是______。

（2）“浸取液”经检测无Fe2＋，“浸取”加入FeSO4作用是______（用离子方程式表示）。

（3）“浸渣”的主要成分是______。

（4）“沉锰”中，不能用Na2CO3代替NH4HCO3，其原因是______，得到纯净MnCO3的操作方法是：

过滤、______。

（5）“沉锰”中，298K、c（Mn2+）为1.05mol·

L−1时，实验测得MnCO3的产率与溶液pH、反应时间的关系如图所示。

根据图中信息得出的结论是______。

（1）提高浸取效率

（2）MnO2+2Fe2++4H+

Mn2++2Fe3++2H2O

（3）SiO2

（4）Na2CO3碱性强，容易生成Mn（OH）2沉淀先水洗2~3次、再用乙醇洗涤、低温干燥（或低于100℃干燥）

（5）pH=7.0时反应速率最快，且MnCO3的产率最高

由流程图可知，软锰矿中加入稀硫酸和硫酸亚铁，FeCO3、Al2O3溶于稀硫酸，MnO2在酸性条件下与硫酸亚铁发生氧化还原反应，SiO2不反应，过滤，得到的浸渣为SiO2，滤液含有Mn2+、Fe3+和Al3+；

向滤液中加入碳酸钠调节溶液pH，使Fe3+和Al3+转化为沉淀除去，过滤，滤渣1为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，滤液1含有Mn2+；

向滤液1中加入碳酸氢钠生成碳酸锰沉淀，过滤得到纯净的碳酸锰；

向碳酸锰中加入稀硫酸，碳酸锰溶解得到硫酸锰溶液；

电解硫酸锰溶液在阴极制得金属锰。

（1）“粉磨”软锰矿可以增大反应物的接触面积，加快浸取速率，提高浸取效率，故答案为提高浸取效率；

（2）MnO2具有氧化性，FeSO4具有还原性，两者发生氧化还原反应生成硫酸锰、硫酸铁和水，反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，故答案为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；

（3）软锰矿中加入稀硫酸和硫酸亚铁，FeCO3、Al2O3溶于稀硫酸，MnO2在酸性条件下与硫酸亚铁发生氧化还原反应，SiO2不反应，SiO2不与硫酸反应，则浸渣的主要成分是SiO2，故答案为SiO2；

（4）因为Mn2+在pH=8.3形成氢氧化锰沉淀，在pH=9.8完全沉淀，碳酸钠在溶液中水解程度大于碳酸氢钠，溶液碱性较强，会导致生成氢氧化锰或碱式碳酸锰沉淀，降低产率；

由题意可知MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧