工艺之流程成分分析.docx

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工艺之流程成分分析

一、流程成分分析

1、【2016全国3卷28.】以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化剂。

从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。

废钒催化剂的主要成分为：

物质

V2O5

V2O4

K2SO4

SiO2

Fe2O3

Al2O3

质量分数/%

2.2~2.9

2.8~3.1

22~28

60~65

1~2

<1

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：

4ROH+V4O124−

R4V4O12+4OH−（ROH为强碱性阴离子交换树脂）。

（1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，同时V2O4转成VO2+。

“废渣1”的主要成分是_____________。

（2）“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中。

“废渣2”中含有_______。

（3）“流出液”中阳离子最多的是________。

2、【2017北京卷】TiCl4是由钛精矿（主要成分为TiO2）制备钛（Ti）的重要中间产物，

制备纯TiCl4的流程示意图如下：

资料：

TiCl4及所含杂质氯化物的性质

化合物

SiCl4

TiCl4

AlCl3

FeCl3

MgCl2

沸点/℃

58

136

181（升华）

316

1412

熔点/℃

−69

−25

193

304

714

在TiCl4中的溶解性

互溶

——

微溶

难溶

氯化过程：

TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。

已知：

TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（g）+O2（g）ΔH1=+175.4kJ·mol-1

2C（s）+O2（g）=2CO（g）ΔH2=-220.9kJ·mol-1

氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有_____________。

3．锌钡白是一种白色颜料。

工业上是由ZnSO4与BaS溶液混合而成：

BaS＋ZnSO4＝ZnS↓＋BaSO4↓。

请根据以下工业生产流程回答有关问题。

Ⅰ．ZnSO4溶液的制备与提纯：

有关资料：

a．菱锌矿的主要成分是ZnCO3，含少量SiO2、FeCO3、Cu2（OH）2CO3等；

b．Zn（OH）2与Al（OH）3相似，能溶于过量的NaOH溶液生成Na2ZnO2。

（1）为了达到综合利用、节能减排的目的，上述流程步骤④中的CO2可以来自于步骤

（选填①、②、③、⑤）。

（2）滤渣2的主要成分为。

（3）滤液3的主要成分为：

。

4、聚硅酸铁是目前无机高分子絮凝剂研究的热点，一种用钢管厂的废铁渣（主要成

分Fe3O4，少量碳及二氧化硅）为原料制备的流程如下：

滤渣的主要成分为____________（填化学式）。

5．“分子筛”是一种具有多孔结构的铝硅酸盐（NaAlSiO4·nH2O），其中有许多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子通过而将大的分子留在外面，故此得名。

利用铝灰（主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等）制备“分子筛”的一种工艺如下：

已知：

①铝灰在90℃时水解的化学方程式为：

AlN＋3H2O===Al（OH）3＋NH3↑

②“氧化”时，发生的主要反应的离子方程式为：

2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O

该工艺中滤渣的成分是________。

6、钴（Co）及其化合物在工业上有广泛应用。

为从某工业废料中回收钴，某学生设计流程如下（废料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质）。

已知：

①物质溶解性：

LiF难溶于水，Li2CO3微溶于水；

②部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见下表。

Fe3＋

Co2＋

Co3＋

Al3＋

pH（开始沉淀）

1.9

7.15

－0.23

3.4

pH（完全沉淀）

3.2

9.15

1.09

4.7

③步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应生成Cl2的离子方程式：

Co2O3＋6H＋＋2Cl－===2Co2＋＋Cl2↑＋3H2O

步骤Ⅲ的废渣中，主要成分除了LiF外，还有_________________。

7．二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是高效、低毒的消毒剂。

实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2：

溶液X中大量存在的阴离子有______________________。

物质成分的判断答案

1、

（1）SiO2

（2）Fe（OH）3、Al（OH）3（3）K＋

2、MgCl2、AlCl3、FeCl3

3．

（1）①；

（2）Fe（OH）3、Cu（OH）2；（3）NaHCO3

4、C和SiO25．Fe（OH）36、Fe（OH）37．Cl－、OH－　

（14分）废旧锂离子电池的回收利用的意义重大，其正极废料的主要成分是LiCoO2、铝、炭黑及其他杂质，回收利用的流程如下：

已知“溶液A”中主要金属离子是Co2+、Li+，还含有少量Fe3+、Al3+、Cu2+。

（3）母液中含量最大的三种离子是_________。

（3）NH4+、Li+、SO42-

用辉铜矿（主要成分为Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等杂质）制备碱式碳酸铜的流程如下：

（2） 滤渣Ⅰ的成分除了不溶性矿渣外，还有S、、，

（5） 滤液Ⅱ经结晶得到的盐主要是（填化学式，下同），流程中可循环的物质是。

（2） SiO2、MnO2 （2 分）

（5）（NH4）2SO4 （2 分）NH3（1 分）

（14分）BaCl2•xH2O是用途广泛的基础化工产品。

我国目前主要是用盐酸和硫化钡（含少量Mg2+、Fe3+等）反应生产BaCl2•xH2O，工艺流程如下图所示。

已知:

 室温时Kp[Mg（OH）2]= 1.8×10-11，Ksp[Fe（OH）3]=4.01.8×10-38，请回答下列问题:

（3）沉淀A的成分是__________。

（3）S（或硫）

（15分）锌锰干电池是最早的实用电池。

现用下列工艺回收正极材料中的金属（部分条件未给出）。

（4）检验沉淀是否洗净的操作是：

。

滤液③中可回收的物质为：

（填化学式）。

二、除杂及操作：

三氧化二镍（Ni2O3）是一种重要的电子元件材料和蓄电池材料。

工业上利用含镍废料（镍、铁、钙、镁合金为主）制取草酸镍（NiC2O4·2H2O），再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍。

已知草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水。

工艺流程图如图所示：

请回答下列问题：

（1）操作Ⅰ为　　。

（1）加酸溶解，过滤（2分）

硫酸锌是一种重要的工业原料，广泛用于农业、化工、电镀、水处理等行业。

用炼锌厂废渣（含ZnO、FeO、CuO）回收生产一水硫酸锌的工艺流程如图所示：

已知：

某温度下，Ksp[Zn（OH）2]＝1.2×10－17，

Ksp[Fe（OH）2]＝8.0×10－16，

Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38。

（1）酸浸时，为提高浸出速率，可采取的措施是____________________（填两种）。

（3）氧化、中和时用漂白粉作氧化剂，此时发生反应的主要离子方程式为_____________；

实际操作中通入空气的作用是___________________________________。

（4）操作X的名称为__________________。

（5）第三次操作X后，得到成品的步骤为___________________，过滤，洗涤，加热脱水。

（1）适当增大硫酸的浓度、加热、将废渣粉碎　　

（3）2Fe2+＋4OH一＋ClO一＋H2O===Cl一＋2Fe（OH）3↓　加快氧化速率　（4）过滤（5）蒸发浓缩、冷却结晶　

【2017北京卷】TiCl4是由钛精矿（主要成分为TiO2）制备钛（Ti）的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：

资料：

TiCl4及所含杂质氯化物的性质

化合物

SiCl4

TiCl4

AlCl3

FeCl3

MgCl2

沸点/℃

58

136

181（升华）

316

1412

熔点/℃

−69

−25

193

304

714

在TiCl4中的溶解性

互溶

——

微溶

难溶

（1）氯化过程：

TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。

已知：

TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（g）+O2（g）ΔH1=+175.4kJ·mol-1

2C（s）+O2（g）=2CO（g）ΔH2=-220.9kJ·mol-1

氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液，

则尾气的吸收液依次是______________________________。

（1）H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液。

.氯化亚铜是一种重要的化工原料，广泛应用于有机合成、石油、油脂、染料等工业。

一种利用低品位铜矿（Cu2S、CuS及FeO和Fe2O3等）为原料制取CuCl的工艺流程如下：

步骤Ⅶ获得CuCl晶体需经过滤、洗涤、干燥。

洗涤时，常用无水乙醇代替蒸馏水做洗涤剂的优点是_____________________________________________________（写一点）。

避免CuCl溶于水而损失（或防止被氧化，或缩短干燥时间降低能耗，或其他合理答案）

磷酸二氢钾在工农业和医学领域具有广泛的应用。

以下是工业上制备磷酸二氢钾的两种方法。

回答下列问题：

I．直接法

（2）滤液①中加入甲醇的作用是_____________。

促进KH2PO4析出

高锰酸钾是常用的消毒剂、除臭剂、水质净化剂以及强氧化剂。

下图是在实验室中制备KMnO4晶体的流程：

（1）操作②的目的是获得K2MnO4，同时还产生了KCl和H2O。

操作①和②均需在坩埚中进行，

根据实验实际应选择________（填序号）。

a．瓷坩埚　　　b．氧化铝坩埚c．铁坩埚　　d．石英坩埚

（2）操作④是使K2MnO4转化为KMnO4和MnO2。

若溶液碱性过强，则MnO

又会转化为MnO

。

因此需要通入某种气体调pH＝10～11，在实际操作中一般选择CO2而不是HCl，原因是_________。

（3）操作⑤过滤时，选择图2所示装置而不用图1所示装置的原因是____________。

（1）c

（2）Cl－具有还原性，可将K2MnO4和KMnO4还原（3）过滤速度快、效果好

二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是高效、低毒的消毒剂。

实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2：

除去ClO2中的NH3可选用的试剂是________（填标号）。

a．水b．碱石灰c．浓硫酸d．饱和食盐水c

亚氯酸钠（NaClO2）是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。

以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

已知：

①NaClO2的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO2·3H2O；

②纯ClO2易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下较安全；

③HClO2可看成是强酸。

（1）在发生器中鼓入空气的作用可能是________（填序号）。

A．将SO2氧化成SO3，增强酸性B．稀释ClO2以防止爆炸

C．将NaClO3氧化成ClO2

（3）吸收塔中为防止NaClO2被还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中。

除H2O2外，还可以选择的还原剂是______________（填序号）。

A．Na2O2B．Na2SC．FeCl2D．PbO（悬浊液）

（4）从滤液中得到NaClO2·3H2O粗晶体的实验操作依次是________________（填序号）。

A．蒸馏B．蒸发C．灼烧D．过滤E．冷却结晶

要得到更纯的NaClO2·3H2O晶体必须进行的操作是_________________（填操作名称）。

（1）B（3）AD（4）BED重结晶

“分子筛”是一种具有多孔结构的铝硅酸盐（NaAlSiO4·nH2O），其中有许多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子通过而将大的分子留在外面，故此得名。

利用铝灰（主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等）制备“分子筛”的一种工艺如下：

（1）分子筛的孔道直径为4A称为4A型分子筛；当Na＋被Ca2＋取代时就制得5A型分子筛，当Na＋被K＋取代时就制得3A型分子筛。

要高效分离正丁烷（分子直径为4.65A）和异丁烷（分子直径为5.6A）应该选用________型的分子筛。

（3）“酸溶”时，为降低生产成本，应选择的酸为_____，理由是_____________________。

（4）“胶体”调节pH后过滤所得“晶体”需洗涤，如何证明该晶体已经洗涤干净？

______________________________________________________________________。

（1）5A（3）盐酸　电解浓缩海水时生成的氢气和氯气可以制备盐酸（4）取适量最后一次洗涤液的上层清液，加入浓氢氧化钠溶液并微热，若不能产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则洗涤干净，否则未洗涤干净（或取适量最后一次洗涤液的上层清液，加稀硝酸酸化，再加硝酸银溶液，若不能产生白色沉淀，则洗涤干净，否则未洗涤干净）

钴（Co）及其化合物在工业上有广泛应用。

为从某工业废料中回收钴，某学生设计流程如下（废料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质）。

已知：

①物质溶解性：

LiF难溶于水，Li2CO3微溶于水；

NaF与溶液中的Li＋形成LiF沉淀，此反应对步骤Ⅳ所起的作用是：

______________________________________________________________。

（1）降低滤液中Li＋浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀

【2017江苏卷】铝是应用广泛的金属。

以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2

和Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如下：

注：

①SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

②“碱溶”时生成偏铝酸钠。

（1）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH_________（填“增大”、“不变”或“减小”）。

（2）“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是___________。

（3）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。

在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，

有利于AlN的制备，其主要原因是_____________________。

（1）减小

（2）石墨电极被阳极上产生的O2氧化

（3）NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。

实验室利用废旧黄铜（Cu、Zn合金，含少量杂质Fe）制备胆矾晶体（CuSO4·5H2O）及副产物ZnO。

制备流程图如下：

已知：

Zn及化合物的性质与Al及化合物的性质相似，pH＞11时Zn（OH）2能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）4]2－。

下表列了几种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－1计算）。

Fe3＋

Fe2＋

Zn2＋

开始沉淀的pH

1.1

5.8

5.9

沉淀完全的pH

3.0

8.8

8.9

（1）加入ZnO调节pH＝a的目的是________________，a的范围____________________。

（2）由溶液D制胆矾晶体包含的主要操作步骤是____________________________

（3）下列试剂可作为Y试剂的是____________。

A．ZnO　　B．NaOH　　C．Na2CO3　　D．ZnSO4

（4）若在滤液C中逐滴加入盐酸直到过量，则产生的现象是______________________。

（2）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤　（4）先产生白色沉淀后沉淀溶解