无机化学工艺流程专题训练.docx

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无机化学工艺流程专题训练

无机化学工艺流程专题训练

1．某铜矿石的主要成分是Cu2O，还含有少量的Al2O3、Fe2O3和SiO2。

某工厂利用此矿石炼制精铜的工艺流程如图所示（已知：

Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O）。

（1）滤液A中铁元素的存在形式为________________（填离子符号），生成该离子的离子方程式为____________________________，检验滤液A中存在该离子的试剂为__________________（填试剂名称）。

（2）金属E与固体F发生的某一反应可用于焊接钢轨，该反应的化学方程式为________________________________，在实验室中完成此实验还需要的试剂是________。

a．KClO3　　　　　　　　b．KCl

c．Mgd．MnO2

（3）为使固体混合物D在空气中灼烧完全分解，应__________________________________________，直至连续两次测定的实验结果相同（或质量相差小于0.1g）时为止；灼烧时必须用到的实验仪器是____________。

（4）溶液G与固体混合物B反应的离子方程式为__________________________________________________。

（5）将Na2CO3溶液滴入到一定量的CuCl2溶液中，得到氯化钠、二氧化碳和一种绿色的不溶于水的盐（不含结晶水），该盐受热分解产生三种氧化物，则该盐的化学式是____________。

解析：

（1）根据Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O、2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，且铜矿石的主要成分为Cu2O，而Fe2O3是少量的，可知滤液A中铁元素的存在形式为Fe2＋。

检验Fe2＋，可以用铁氰化钾溶液（或氯水和KSCN溶液、双氧水和KSCN溶液）。

（2）E为Al，F中含有Fe2O3，Al与Fe2O3发生铝热反应：

2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe，该反应可用于焊接钢轨。

实验室进行铝热反应，还需要Mg和KClO3。

（3）灼烧固体混合物D需要的仪器为坩埚，为使其完全分解，应灼烧至质量不变，因此应灼烧、冷却至室温后称重，重复多次。

（4）固体混合物B的主要成分为SiO2和Cu，溶解SiO2可用NaOH溶液。

（5）结合题中信息知绿色的不溶于水的盐为Cu2（OH）2CO3[或Cu（OH）2·CuCO3]。

答案：

（1）Fe2＋　2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋　铁氰化钾溶液（或氯水和KSCN溶液、双氧水和KSCN溶液等，合理即可）

（2）2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe　ac

（3）灼烧，冷却至室温后称重，重复多次　坩埚

（4）SiO2＋2OH－===SiO

＋H2O

（5）Cu2（OH）2CO3[或Cu（OH）2·CuCO3]

2．高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。

以工业级氧化锌（含Fe2＋、Mn2＋、Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等）为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下：

已知Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38。

回答下列问题：

（1）浸出时，为了提高浸出效率可采取的措施有（写两种）：

__________________________________________________________________________________________________。

（2）氧化时，加入KMnO4溶液是为了除去浸出液中的Fe2＋和Mn2＋（溶液中Mn元素全部转化为MnO2），请配平下列除去Fe2＋的离子方程式：

MnO

＋

Fe2＋＋

____________===

MnO2↓＋

Fe（OH）3↓＋

H＋

（3）加入锌粉的目的是________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）已知H2SO4浸出液中，c（Fe2＋）＝5.04mg·L－1、c（Mn2＋）＝1.65mg·L－1。

①加入KMnO4溶液反应一段时间后，溶液中c（Fe3＋）＝0.56mg·L－1，若溶液pH＝3，则此时Fe3＋________（填“能”或“不能”）生成沉淀。

②若要除尽1m3上述浸出液中的Fe2＋和Mn2＋，需加入________gKMnO4。

解析：

（1）为了提高浸出效率，可以适当增大硫酸浓度、搅拌、将固体粉碎、提高浸出温度等。

（2）Mn元素由＋7价降低到＋4价，而铁元素由＋2价升高到＋3价，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平方程式。

（3）加入锌粉的目的是消耗溶液中的H＋，调节溶液pH，促进溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等生成沉淀而除去。

（4）①c（Fe3＋）＝

＝1.0×10－5mol·L－1，此时溶液中c（OH－）＝1.0×10－11mol·L－1，c（Fe3＋）·c3（OH－）＝1.0×10－38＜Ksp[Fe（OH）3]，故不能生成Fe（OH）3沉淀。

②加入KMnO4将Fe2＋和Mn2＋分别氧化为Fe3＋和MnO2，而KMnO4被还原为MnO2，根据得失电子守恒可知，加入KMnO4的质量为

×158g·mol－1＝7.9g。

答案：

（1）将工业级氧化锌粉碎、搅拌（其他合理答案均可）

（2）1　3　7　H2O　1　3　5

（3）调节溶液pH，除去溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等

（4）①不能　②7.9

3．以黄铁矿为原料制硫酸会产生大量的废渣，合理利用废渣可以减少环境污染，变废为宝。

工业上利用废渣（含Fe2＋、Fe3＋的硫酸盐及少量CaO和MgO）制备高档颜料铁红（Fe2O3）和回收（NH4）2SO4，具体生产流程如下：

注：

铵黄铁矾的化学式为（NH4）2Fe6（SO4）4（OH）12。

（1）在废渣溶解操作时，应选用________溶解（填字母）。

A．氨水B．氢氧化钠溶液

C．盐酸D．硫酸

（2）物质A是一种氧化剂，工业上最好选用________（供选择使用的有：

空气、Cl2、MnO2），其理由是_______________________________________________________________

________________________________________________________________________。

氧化过程中发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

（3）根据如图有关数据，你认为工业上氧化操作时应控制的条件（从温度、pH和氧化时间三方面说明）是：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）铵黄铁矾中可能混有的杂质有Fe（OH）3、________。

铵黄铁矾与氨水反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

解析：

（1）该流程的目的是制备高档颜料铁红（Fe2O3）和回收（NH4）2SO4，不能引入杂质离子，不能选用盐酸，而氨水和NaOH溶液能沉淀Fe3＋和Fe2＋，所以也不能选用。

（2）空气中的氧气在酸性条件下可将Fe2＋氧化为Fe3＋，空气易得，成本低，不产生污染，不引入杂质，氧化过程离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O。

（3）由图知，控制温度在80℃、pH为1.5、氧化时间为4h，Fe2＋的氧化率较高。

（4）废渣溶解经氧化后溶液中存在Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋，加氨水后，可能生成Mg（OH）2沉淀、Fe（OH）3沉淀，另外Ca（OH）2和CaSO4的溶解度较小，也可能析出。

由流程图可知，铵黄铁矾与氨水反应得到（NH4）2SO4和Fe（OH）3。

答案：

（1）D

（2）空气　原料易得，成本低，不产生污染，不引入杂质　4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O

（3）溶液温度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化时间为4h左右

（4）Ca（OH）2、Mg（OH）2、CaSO4　（NH4）2Fe6（SO4）4（OH）12＋6NH3·H2O===4（NH4）2SO4＋6Fe（OH）3↓

4．（2017·沈阳模拟）“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。

（2）铝灰在90℃时水解的化学方程式为____________________________；“水解”采用90℃而不在室温下进行的原因是__________________________________________。

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

（4）“氧化”时，发生的主要反应的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）该工艺中滤渣的成分是________。

（6）“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？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）分离正丁烷和异丁烷，选用分子筛的型号应在4.65A～5.6A之间，故应选择5A型分子筛。

（2）铝灰中的AlN发生水解反应生成Al（OH）3和NH3，反应的化学方程式为AlN＋3H2O===Al（OH）3＋NH3↑，加热可以促进AlN水解生成氨气，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。

（3）浓缩海水除杂后电解时有氢气和氯气产生，氢气和氯气反应可以制备盐酸，用于酸溶，从而降低生产成本。

（4）酸溶后的溶液中含有Fe2＋，漂白液中的ClO－可将Fe2＋氧化成Fe3＋。

（5）加入NaOH，Al3＋转化成AlO

，Fe3＋转化成Fe（OH）3，则该工艺中滤渣的成分为Fe（OH）3。

（6）“胶体”调节pH后过滤所得“晶体”需洗涤，通过检验晶体表面是否有铵根离子或氯离子可判断是否洗涤干净。

答案：

（1）5A

（2）AlN＋3H2O===Al（OH）3＋NH3↑　加快AlN水解反应速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出

（3）盐酸　电解时生成的氢气和氯气可以制备盐酸

（4）2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O

（5）Fe（OH）3

（6）取最后一次洗涤液少许，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（或取最后一次洗涤液少许，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）

5．（2017·邯郸模拟）锰的用途非常广泛，在钢铁工业中，锰的用量仅次于铁，90%的锰消耗于钢铁工业，10%的锰消耗于有色冶金、化工、电子、电池、农业等部门。

以碳酸锰矿（主要成分为MnCO3，还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质）为原料生产金属锰的工艺流程如下：

已知25℃，部分物质的溶度积常数如下：

物质

Mn（OH）2

Co（OH）2

Ni（OH）2

MnS

CoS

NiS

Ksp

2.1×10－13

3.0×10－16

5.0×10－16

1.0×10－11

5.0×10－22

1.0×10－22

（1）步骤Ⅰ中，MnCO3与硫酸反应的化学方程式是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）步骤Ⅰ中需要加入稍过量的硫酸，其目的有3点：

①使矿物中的物质充分反应；②提供第Ⅱ步氧化时所需要的酸性环境；③________________。

（3）步骤Ⅱ中，MnO2在酸性条件下可将Fe2＋氧化为Fe3＋，该反应的离子方程式是__________________________；加氨水调节溶液的pH为5.0～6.0，以除去Fe3＋。

（4）步骤Ⅲ中，需要用到的玻璃仪器除玻璃棒、漏斗外，还有________；滤渣2的主要成分是________。

（5）电解后的废水中还含有Mn2＋，常用石灰乳进行一级沉降得到Mn（OH）2沉淀，过滤后再向滤液中加入适量Na2S，进行二级沉降。

欲使溶液中c（Mn2＋）≤1.0×10－5mol·L－1，则应保持溶液中c（S2－）≥________mol·L－1。

解析：

向碳酸锰矿（主要成分为MnCO3，还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质）中加入硫酸，可以发生反应生成硫酸盐，其中具有氧化性的MnO2可以将Fe2＋氧化为Fe3＋，调节pH可以将Fe（OH）3沉淀下来，向滤液中加入硫化铵，可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来，最后对得到的含有锰离子的盐电解，可以得到金属锰。

（1）加稀硫酸时MnCO3和硫酸反应生成可溶性的MnSO4，并产生二氧化碳和水，反应的化学方程式为MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O；

（2）Mn2＋易水解，加入过量硫酸，还可以抑制Mn2＋的水解；（3）步骤Ⅱ中，MnO2在酸性条件下可将Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的离子方程式是MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；（4）过滤时的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒及漏斗，故还需烧杯；滤渣2的主要成分是CoS和NiS；（5）MnS的Ksp＝c（Mn2＋）·c（S2－）＝1.0×10－11，为了将Mn2＋降到1.0×10－5mol·L－1，则c（S2－）＝

＝

＝1.0×10－6mol·L－1，即硫化钠的浓度是1.0×10－6mol·L－1。

答案：

（1）MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O

（2）抑制Mn2＋的水解

（3）MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O

（4）烧杯　CoS和NiS　（5）1×10－6

6．以某菱锰矿（含MnCO3、SiO2、FeCO3和少量Al2O3等）为原料通过以下方法可获得碳酸锰粗产品。

已知Ksp（MnCO3）＝2.2×10－11，Ksp[Mn（OH）2]＝1.9×10－13，Ksp[Al（OH）3]＝1.3×10－33。

（1）滤渣1中，含铁元素的物质主要是________（填化学式，下同）；加NaOH调节溶液的pH约为5，如果pH过大，可能导致滤渣1中________含量减少。

（2）滤液2中，＋1价阳离子除了H＋外还有________（填离子符号）。

（3）取“沉锰”前溶液amL于锥形瓶中，加入少量AgNO3溶液（作催化剂）和过量的1.5%（NH4）2S2O8溶液，加热，Mn2＋被氧化为MnO

，反应一段时间后再煮沸5min[除去过量的（NH4）2S2O8]，冷却至室温。

选用适宜的指示剂，用bmol·L－1的（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液滴定至终点，消耗（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液VmL。

①Mn2＋与（NH4）2S2O8反应的还原产物为________。

②“沉锰”前溶液中c（Mn2＋）＝________mol·L－1。

（列出表达式）

（4）其他条件不变，“沉锰”过程中锰元素回收率与NH4HCO3初始浓度（c0）、反应时间的关系如图所示。

①NH4HCO3初始浓度越大，锰元素回收率越________（填“高”或“低”），简述原因________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②若溶液中c（Mn2＋）＝1.0mol·L－1，加入等体积1.8mol·L－1NH4HCO3溶液进行反应，计算20～40min内v（Mn2＋）＝________。

解析：

（1）根据工艺流程图分析，菱锰矿酸浸后，浸液中所含金属阳离子有Mn2＋、Fe2＋、Al3＋；加入MnO2，Fe2＋被氧化为Fe3＋；加入NaOH调节pH，过滤后得到的滤渣1中含铁元素的物质主要为Fe（OH）3。

如果pH过大，则滤渣中Al（OH）3、SiO2会开始溶解。

（2）调pH时加入NaOH、沉锰时加入NH4HCO3，故滤液2中，＋1价阳离子除了H＋外还有Na＋、NH

。

（3）①Mn2＋与（NH4）2S2O8反应，Mn2＋被氧化为MnO

，则S2O

被还原为SO

。

②根据滴定原理，由原子守恒及得失电子守恒，可得关系式Mn2＋～MnO

～5（NH4）2Fe（SO4）2，则n（Mn2＋）＝

n[（NH4）2Fe（SO4）2]＝bmol·L－1×V×10－3L×

＝

bV×10－3mol，故c（Mn2＋）＝

＝

mol·L－1。

（4）①根据题图，NH4HCO3初始浓度越大，锰元素回收率越高。

②加入等体积1.8mol·L－1NH4HCO3溶液，则混合后c（Mn2＋）＝0.50mol·L－1，c（NH4HCO3）＝0.90mol·L－1，20～40min内Mn的回收率由20%变为50%，回收率增大30%，故v（Mn2＋）＝

＝7.5×10－3mol·L－1·min－1。

答案：

（1）Fe（OH）3　Al（OH）3、SiO2　

（2）Na＋、NH

（3）①SO

[或“H2SO4”、“Na2SO4”、“（NH4）2SO4”]　②

（4）①高　根据Ksp＝c（CO

）·c（Mn2＋），c（NH4HCO3）越大，c（CO

）越大，c（Mn2＋）越小，析出的MnCO3越多[或c（NH4HCO3）越大，c（CO

）越大，使平衡MnCO3（s）CO

（aq）＋Mn2＋（aq）向逆反应方向移动，析出的MnCO3越多]　②7.5×10－3mol·L－1·min－1