领军高考化学清除易错点专题21化工流程模拟题训练.docx

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领军高考化学清除易错点专题21化工流程模拟题训练

易错点21化工流程

模拟题训练

1．聚合硫酸铁（PFS）是一种高效的无机高分子絮凝剂。

某工厂利用经浮选的硫铁矿烧渣（有效成分为Fe2O3和Fe3O4）制备PFS，其工艺流程如下图所示。

（1）CO是“还原焙烧”过程的主要还原剂。

下图中，曲线表示4个化学反应a、b、c、d达到平衡时气相组成和温度的关系，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe稳定存在的区域。

a属于__________（填“吸热反应”或“放热反应”）；570℃时，d反应的平衡常数K=___________________。

（2）800℃，混合气体中CO2的体积分数为40％时，Fe2O3用CO还原焙烧过程中发生的主要的化学反应方程式：

________________________________________________

（3）若“酸浸”时间过长，浸出液Fe2+含量反而降低，主要原因是___________________。

（4）已知：

25℃时，Ksp[Fe（OH）2]=1.0×10-17，Ksp[Fe（OH）3]=1.0×10-39。

若浸出液中c（Fe3+）=10-1.8mol·L-1，为避免“催化氧化”过程中产生副产物Fe（OH）3，应调节浸出液的pH≤___________。

（5）FeSO4溶液在空气中会缓慢氧化生成难溶的Fe（OH）SO4，该反应的离子方程式___________________.

（6）“催化氧化”过程中，用NaNO2作催化剂（NO起实质上的催化作用）时，温度与Fe2+转化率的关系如右图所示（反应时间相同），Fe2+转化率随温度的升高先上升后下降的原因是___________________________________________.

【答案】放热反应1Fe2O3+CO=FeO+CO2Fe2+易被空气中的O2氧化成Fe3+1.64Fe2++O2+4SO42-+2H2O=4Fe（OH）SO4↓温度升高，反应速率增大；温度过高，NO气体逸出，转化率下降

2．FeFe2O3纳米线是一种新型铁基材料，在催化、生物医药、环境科学等领域具有广阔应用前景。

某研究小组以赤泥（铝土矿提取氧化铝过程中产生的固体废弃物，含SiO2、Fe2O3、Al2O3）为原料，设计下列流程制备FeFe2O3纳米线并探究其在水处理中的应用。

回答下列问题：

（1）“浸出”实验中，盐酸起始浓度对铁、铝浸出率的影响如图所示：

①盐酸的合适浓度为______________。

②盐酸起始浓度为2mol·L﹣1时，铁的浸出率很低，原因是______________。

（2）已知：

25℃时，Al（OH）3（s）

AlO2－+H++H2OK=4×10－13。

若浸出液c（Al3+）=0.04mol·L－1，“调节pH”时，pH最小应为______________（设调节pH过程中溶液体积不变）。

（3）FeFe2O3纳米线为壳层结构（核是Fe、壳是Fe2O3），壳是由中心铁核在合成过程中被氧化而形成。

①“合成”时滴加NaBH4溶液过程中伴有气泡产生，滤液Ⅱ中含B（OH）3，合成铁核的离子方程式为____________________________。

②“合成”后，经过滤、______________、______________获得FeFe2O3纳米线。

（4）FeFe2O3纳米线去除水体中Cr2O72－的机理是，纳米线将Cr2O72－吸附在表面并还原。

在“无氧”和“有氧”条件下将纳米线分别置于两份相同的水体中，80min后回收该纳米线，测得其表面元素的原子个数比如下表：

①在水体中FeFe2O3纳米线形成的分散系是____________________________。

②样本2的实验条件是______________（填“有氧”或“无氧”）。

③已知水体中检测不到Cr（Ⅲ），样本1中FeFe2O3纳米线的表面Cr（Ⅵ）的去除率为____________________________。

【答案】6mol·L－1盐酸起始浓度为2mol·L－1时，Fe3+发生了水解119H2O+4Fe3++3BH4－=4Fe+6H2↑+3B（OH）3+9H+洗涤烘干胶体有氧46.8%

3．以硫铁矿（主要成分为FeS2）为原料制备氯化铁晶体（FeCl3·6H2O）的工艺流程如下：

完成下列填空：

（1）焙烧产生的SO2可以继续制备硫酸，其中的反应之一为：

2SO2+O2

2SO3+Q（Q>0），该反应的平衡常数表达式为K=___________；欲使K值增大，可采取的措施是______________。

若经一段时间后SO3的浓度增加了4mol/L，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.4mol/（L∙s），则这段时间为_______（选填编号）。

a．1sb．5sc．10sd．50s

（2）硫铁矿焙烧后的烧渣中含有Fe2O3、Fe3O4等。

酸溶后溶液中主要存在的阳离子有______________，不能用硫酸代替盐酸的原因是____________________________。

（3）通入氯气时，主要反应的离子方程式为________________________。

从氧化后的溶液中得到氯化铁晶体的实验步骤为_______________、_______________、过滤洗涤。

（4）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，请从水解平衡移动原理解释原因________________。

【答案】K降温bFe2+、Fe3+、H+（H+不写不扣分）会引入SO42-离子，影响产品的纯度2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl-蒸发浓缩冷却结晶Fe3++3H2O⇌Fe（OH）3+3H+，盐酸过量，使[H+]增大，平衡朝逆向移动，抑制Fe3+的水解，增大了氯化铁晶体的产量

4．用方铅矿精矿（ 主要为PbS）和软锰矿（主要为MnO2,还有少量Fe2O3，Al2O3等杂质） 制备PbSO4和Mn3O4的工艺流程如下：

已知：

①PbS+MnO2+ 4 H+= Mn2++Pb2++S+2H2O

②25℃ 时，Ksp（PbCl2）=1.6×10-5，Ksp（PbSO4）=1.8×10-8

③PbCl2 （s）+2Cl-（aq）

PbCl42-（aq） △H>0

（1）80℃用盐酸处理两种矿石，为加快酸浸速率，还可采用的方法是_______________（任写一种）。

（2）向酸浸液中加入饱和食盐水的目的是_________________；加入物质X可用于调节酸浸液的pH值，物质X可以是___________（填字母）。

A．MnCO3B．NaOHC．ZnOD．PbO

（3）滤渣中含有两种金属杂质形成的化合物，其成分为_____________（写化学式）;

请设计分离两种金属化合物的路线图（用化学式表示物质，用箭头表示转化关系，箭头上注明试剂和分离方法）。

_________________。

（4）向滤液2中通入NH3和O2发生反应，写出总反应的离子方程式。

_______。

（5）用Mn3O4为原料可以获得金属锰，选择合适的冶炼方法为___________ （填字母）。

A．热还原法B．电解法C．热分解法

（6）求25℃氯化铅沉淀转化为硫酸铅沉淀反应的平衡常数K=___________（保留到整数位）。

【答案】粉碎矿石或搅拌或适当增加盐酸浓度增大PbCl2的溶解度ADAl（OH）3、Fe （OH）3

6Mn2++12NH3+6H2O+O2=2Mn3O4+12NH4+A889

淀反应PbCl2 （s）+SO42-（aq）

2Cl-（aq） +PbSO4（s）的平衡常数K=

=

。

5．兰尼镍是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金，被广泛用作有机物的氢化反应的催化剂。

以红土镍矿（主要成分为NiS、FeS和SiO2等）为原料制备兰尼镍的工艺流程如下图所示：

（1）浸出渣A的主要成分是_______________（填化学式）。

（2）已知红土镍矿煅烧后生成Ni2O3，而加压酸浸后浸出液A中含有大量Ni2＋，写出有关镍元素的加压酸浸的化学反应方程式_______________________________。

（3）向浸出液A中通入H2S气体，①还原过程中所涉及主要反应的离子方程式是_____________________。

（4）在形成Ni（CO）4的过程中，碳元素的化合价没有变化，则Ni（CO）4中的Ni的化合价为________。

（5）“碱浸”的目的是使镍产生多孔结构，从而增强对氢气的强吸附性，此过程中发生反应的离子方程式为__________________________。

（6）常温时，向浓度均为1.0mol·L-1的FeSO4、NiSO4的混合溶液中滴加Na2S固体，当Ni2+恰好沉淀完全时，所得溶液中c（Fe2+）=______________。

（已知：

①25℃，Ksp（NiS）=2.0×10-21、Ksp（FeS）=6.0×10-18

②溶液中的离子浓度≤10-5mol·L-1时，认为该离子沉淀完全。

）

（7）浸出液B可以回收，重新生成铝以便循环利用。

请设计简单的回收流程：

浸出液B→___________________________________________________________。

（箭头上注明外加反应物的化学式和反应条件）。

（示例：

）

【答案】SiO22Ni2O3+4H2SO4==4NiSO4+O2↑+4H2OH2S+2Fe3+==2Fe2++2H++S↓02Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑0.03mol/L

【解析】红土镍矿（主要成分为NiS、FeS和SiO2等）煅烧发生氧化还原反应得到Ni2O3、Fe2O3（SiO2不

6．以红土镍矿（主要成分为NiS、FeS和SiO2等） 为原料制备兰尼镍的工艺流程如下所示。

（1）形成Ni（CO）4时碳元素的化合价没有变化，则Ni（CO）4中的Ni的化合价为___________。

（2）Ni2O3有强氧化性，加压酸浸时有气体产生且镍被还原为Ni2+，则产生的气体为______（填化学式）。

（3） 滤渣D为单质镍、硫的混合物，请写出向浸出液B中通入H2S气体时所有反应的离子方程式:

__________________________，_________________________。

（4） 已知:

 3Fe2+ +2[Fe（CN）6]3-==Fe3[Fe（CN）6]2↓（蓝色沉淀）；4Fe3++3[Fe（CN）6]4-==Fe4[Fe（CN）6]3↓（蓝色沉淀）。

下列可以用于检验滤液C 中金属阳离子的试剂有____________（填标号）

a.KSCN溶液b.K3[Fe（CN）6]c.K4[Fe（CN）6]d.苯酚

（5）兰尼镍是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金。

碱浸镍铝合金后，残铝量对兰尼镍的催化活性有重大影响，根据下图分析，残铝量在_____范围内催化活性最高，属于优质产品。

（6） 仿照下面示例，设计从浸出液E 回收氧化铝的流程:

 浸出液E_________________。

（示例:

）

【答案】0O2H2S+ 2Fe3+==2Fe2++2H++ S↓H2S+Ni2+==Ni↓+2H++S↓b4%~6%

7．一种含铝、锂、钴的新型电子材料，生产中产生的废料数量可观，废料中的铝以金属铝箔的形式存在；钴以Co2O3·CoO的形式存在，吸附在铝箔的单面或双面：

锂混杂于其中。

（已知Co2O3的氧化性>Cl2的氧化性）从废料中回收氧化钴（CoO）的工艺流程如下：

已知：

①CoCO3的溶度积为：

Ksp=1.0×10-13；

②溶液中离子浓度小于1.0×10-5mol/L时认为该离子沉淀完全。

（1）“碱溶”前通常将废料粉碎，其目的是____________。

（2）过程I中采用NaOH溶液溶出废料中的A1，反应的离子方程式为_________________。

（3）过程Ⅱ中加入稀H2SO4酸化后，再加入Na2S2O3溶液浸出钴。

则浸出含钻物质的反应化学方程式为（产物中只有一种酸根）_______________________________________。

在实验室模拟工业生产时，也可用盐酸浸出钴，但实际工业生产中不用盐酸，请分析不用盐酸浸出钴的主要原因_____________________。

（4）过程III得到锂铝渣的主要成分是LiF和AI（OH）3，碳酸钠溶液在产生Al（OH）3时起重要作用，请写出该反应的离子方程式__________________________________。

（5）将2.0×10-4mol/LCoSO4与2.2×10-4mol/L的Na2CO3等体积混合，此时溶液中的Co2+的浓度为__________，Co2+是否沉淀完全?

__________（填“是”或“否”）。

（6）CoO溶于盐酸可得粉红色的CoCl2溶液。

CoCl2含结晶水数目不同而呈现不同颜色，利用蓝色的无水CoCl2吸水变色这一性质可制成变色水泥和显隐墨水。

如图是粉红色的CoCl2·6H2O晶体受热分解时，剩余固体质量随温度变化的曲线，物质B的化学式是____________________。

【答案】增大反应物接触面积，加快反应速率；2A1+2OH－+2H2O = 2A1O2－+3H2↑；4Co2O3·CoO+Na2S2O3+11H2SO4= 12CoSO4+Na2SO4+ 11H2O；Co2O3·CoO可氧化盐酸产生Cl2，污染环境；2A13++3CO32－+3H2O= 2A1（OH）3↓+3CO2↑；

1.0×10-8mol/L；是；CoCl2·H2O。

8．钛铁矿主要成分为FeTiO3（含有少量MgO、SiO2等杂质），Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿来制备，工艺流程如下：

（1）钛铁矿在预处理时需要进行粉碎，其原因是___________________。

（2）过程①中反应的离子方程式是：

FeTiO3+4H++4Cl－==Fe2++TiOCl42－+2H2O、_______。

（3）过程①中，铁的浸出率结果如图1所示。

由图可知，当铁的浸出率为80%时，所采用的实验条件是___________________。

（4）过程②中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成（NH4）2Ti5O15溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图2所示，反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是___________。

（5）在滤液B转化为FePO4沉淀过程中发生以下反应，请配平：

Fe2++_____+H3PO4===FePO4+____+_____

（6）过程③中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式是_________________________。

【答案】增大反应物接触面积，加快反应速率。

MgO+2H+====Mg2++H2O100℃3小时温度过高，双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降2Fe2++H2O2+2H3PO4==2FePO4+4H++2H2O2FePO4+Li2CO3+H2C2O4

2LiFePO4+3CO2↑+H2O

【解析】

（1）钛铁矿在预处理时需要进行粉碎，以增大反应物接触面积，加快反应速率；

（2）过程①中铁钛矿中FeTiO3及MgO与盐酸反应，反应的离子方程式是：

FeTiO3+4H++4Cl－==Fe2++TiOCl42－+2H2O、MgO+2H+====Mg2++H2O；（3）过程①中，铁的浸出率结果如图1所示。

由图可知，当铁的浸出率为80%

9．CoCO3是一种制造锂电池电极的原料。

以含钴废渣（主要成分CoO、Co2O3，还含有Al2O3、ZnO等杂质）为原料制备CoCO3的一种工艺流程如下：

下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol/L计算）

（1）“酸浸”时通入SO2的目的是__。

（2）“除铝”时调节溶液pH范围为__，该过程中主要反应的离子方程式为__。

（3）“萃取”过程可表示为ZnSO4（水层）+2HX（有机层）

ZnX2（有机层）+H2SO4（水层），由有机层获取ZnSO4溶液的操作是__。

（4）“沉钴”时Na2CO3溶液需缓慢滴加的原因是__。

（5）CoCO3隔绝空气灼烧可以生成Co2O3，该反应的化学方程式为_______。

【答案】将Co3+还原为Co2+5.0～5.42Al3++3CO32-+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2↑向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分液防止加入过快而产生Co（OH）2沉淀2CoCO3

Co2O3+CO↑+CO2↑

【解析】

（1）“酸浸”时通入SO2的目的是将Co3+还原为Co2+；

（2）“除铝”时调节溶液pH范围使铝完全沉淀但锌没有开始沉淀，则范围为5.0～5.4，该过程中主要反应的离子方程式为2Al3++3CO32-+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2↑；（3）“萃取”过程可表示为ZnSO4（水层）+2HX（有机层）

ZnX2（有机层）+H2SO4（水层），由有机层获取ZnSO4溶液的操作是向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分液；（4）“沉钴”时Na2CO3溶液需缓慢滴加，防止加入过快而产生Co（OH）2沉淀；（5）CoCO3隔绝空气灼烧可以生成Co2O3，同时生成二氧化碳，反应的化学方程式为2CoCO3

Co2O3+CO↑+CO2↑。

10．用混有硫酸亚铁和硫酸镁等杂质的锰矿（含MnO2、MnCO3）生产硫酸锰，实验室模拟生产过程如下:

（完全沉淀离子的pH值:

Fe3+为3.5，Fe2+为9.5，Mn2+为10.8，Mg2+为11.6）

（1）酸浸中加入的酸是________（填化学式，下同），提高酸浸速率的方法是____（任写一种），从经济效益考虑,物料A可能是___________。

（2）反应器中发生氧化还原反应的离子方程式是___________________。

（3）硫酸锰和硫酸镁的溶解度曲线如图所示:

①操作I为:

在_____℃下蒸发结晶、趁热过滤。

其趁热过滤目的是__________；

②为了得到更纯净的一水合硫酸锰，需将晶体置于过滤器中，用_____进行洗涤（本空格从以下选择）

a.蒸馏水b.稀硫酸c.饱和硫酸锰溶液d.氢氧化钠溶液

（4）MnSO4·H2O在1150℃高温下易分解，产物是Mn304、含硫化合物、水，在该条件下硫酸锰晶体分解反应的化学方程式是___________________。

【答案】H2SO4粉碎、搅拌等MnCO3等MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O60防止MgSO4结晶析出，提高MnSO4的产率c3MnSO4·H2O

Mn3O4+SO2↑+2SO3↑+3H2O↑

11．工业上可用铬铁矿（主要成分可表示为FeO·Cr 2O3，还含有Al2O3、MgCO3、SiO2 等杂质）为原料制备重铬酸钾晶体和绿矾的流程如下：

已知：

Ⅰ．常见离子沉淀的pH范围

Fe3+

Al3+

Mg2+

SiO32-

AlO2-

开始沉淀

1.9

4.2

8.1

9.5

10.2

沉淀完全

3.2

5.3

9.4

8.0

8.5

Ⅱ．焙烧过程中主要发生反应：

2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3=4Na2Cr2O4+Fe2O3+ 4CO2 ↑+7NaNO2。

（1）绿矾的化学式为________。

（2）焙烧后的混合物中除含有Na2Cr2O4、NaNO2和过量的Na2CO3、NaNO3外，还含有NaAlO2和Na2SiO3等物质，则焙烧过程中NaAlO2的化学方程式为___________________________。

（3）固体Y的主要成分为________（填写化学式）。

（4）酸化过程中用醋酸调节pH=5的目的为________________________；若pH调节的过低，NO2-可被氧化为NO3-，其离子方程式为_________________________________。

（5）调节pH=5后，加入KCl 控制一定条件，可析出K2Cr2O7晶体，说明溶解度的大小：

K2Cr2O7________Na2Cr2O7（填“大于”或“小于”）。

（6）流程中的一系列操作为____________________________________。

【答案】FeSO4·7H2ONa2CO3+Al2O3

2NaAlO2+CO2 ↑H2SiO3和Al（OH）3将CrO42-转化为Cr2O72-Cr2O72-+3NO2-+8H+=2Cr3++3NO3-+4H2O小于蒸发浓缩、冷却结晶、过滤

12．钴酸锂（LiCoO2）电池是一种应用广泛的新型电源，电池中含有少量的铝、铁、碳等单质。

实验室尝试对废旧钴酸锂电池回收再利用。

实验过程如下：

已知：

①还原性：

Cl->Co2+；

②Fe3+和C2O42-结合生成较稳定的[Fe（C2O4）3]3-，在强酸性条件下分解重新生成Fe3+。

回答下列问题：

（1）废旧电池初步处理为粉末状的目的是_____________________。

（2）从含铝废液得到Al（OH）3的离子反应方程式为___________。

（3）滤液A中的溶质除HCl、LiCl外还有__________（填化学式）。

写出LiCoO2和盐酸反应的化学方程式__________________________________。

（4）滤渣的主要成分为____________________（填化学式）。

（5）在空气中加热一定质量的CoC2O4·2H2O固体样品时，其固体失重率数据见下表，请补充完整表中问题。

已知：

①CoC2O4在空气中加热时的气体产物为CO2

②固体失重率=对应温度下样品失重的质量/样品的初始质量

序号

温度范围/℃

化学方程式

固体失重率

Ⅰ

120-220

CoC2O4·2H2O

CoC2O4+2H2O

19.67%

Ⅱ

300~350

_________________________

59.02%

（6）已知Li2CO3的溶度积常数Ksp=8.64×10-4，将浓度为0.02mol·L-1的Li2SO4和浓度为0.02mol·L-1的Na2CO3溶液等体积混合，则溶液中的Li+浓度为___________mol·L-1

（7）从FeCl3溶液得到FeCl3·6H2O固体的操作关键是_________________________。

【答案】增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率AlO2-+CO2+2H2O==Al（OH ）3↓+ HCO3-FeCl3、CoCl22LiCoO2+8HCl==2CoCl2+Cl2↑+4H2O+2LiClC2CoC2O4+O2

2CaO+4CO20.02加入适量盐酸（或通入适量氯化氢气体）

13．工业上常以铬铁矿（主要成分为亚铬酸亚铁FeCr2