化学工艺流程综合题学生版.docx

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化学工艺流程综合题学生版

二轮复习题型特训

化学工艺流程综合题

1.镍及其化合物用途广泛。

某矿渣的主要成分是NiFe2O4（铁酸镍）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，以下是从该矿渣中回收NiSO4的工艺路线：

已知：

（NH4）2SO4在350℃以上会分解生成NH3和H2SO4。

NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4、Fe2（SO4）3。

锡（Sn）位于第五周期第ⅣA族。

（1）焙烧前将矿渣与（NH4）2SO4混合研磨，混合研磨的目的是_________________________________________________________________。

（2）“浸泡”过程中Fe2（SO4）3生成FeO（OH）的离子方程式为_______________________________________________________________，

“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO（OH）外还含有________（填化学式）。

（3）为保证产品纯度，要检测“浸出液”的总铁量：

取一定体积的浸出液，用盐酸酸化后，加入SnCl2将Fe3＋还原为Fe2＋，所需SnCl2的物质的量不少于Fe3＋物质的量的________（填分数）；除去过量的SnCl2后，再用酸性K2Cr2O7标准溶液滴定溶液中的Fe2＋，还原产物为Cr3＋，滴定时反应的离子方程式为________________________________________________________________。

（4）“浸出液”中c（Ca2＋）＝1.0×10－3mol·L－1，当除钙率达到99%时，溶液中c（F－）＝________mol·L－1。

[已知Ksp（CaF2）＝4.0×10－11]

（5）本工艺中，萃取剂与溶液的体积比（V0/VA）对溶液中Ni2＋、Fe2＋的萃取率的影响如图所示，V0/VA的最佳取值是________。

2.过氧化尿素[CO（NH2）2·H2O2]是一种白色粉末，溶于水，溶液呈弱酸性。

过氧化尿素不稳定，在痕量重金属离子等活性催化剂的存在下迅速分解。

工业生产过氧化尿素的原理和流程如下。

原理：

CO（NH2）2＋H2O2

CO（NH2）2·H2O2

流程：

回答下列问题：

（1）已知过氧化尿素[CO（NH2）2·H2O2]中的CO（NH2）2与H2O2以氢键连接，其中氮元素的化合价是____________（填序号）。

A．＋3　　　　　　　　　　B．－2　　　　　　　　　　C．－3

（2）过氧化尿素鉴定反应：

在重铬酸钾酸性溶液中加入乙醚和少许过氧化尿素，振荡。

上层乙醚呈蓝色，这是由于在酸性溶液中过氧化尿素中的过氧化氢与重铬酸钾反应生成较稳定的蓝色过氧化铬（CrO5）。

写出H2O2与重铬酸钾反应的离子方程式___________________________________________________。

（3）经过上述化学工艺后的产品是粗产品。

已知30℃时尿素的溶解度远大于过氧化尿素的溶解度，则提纯粗产品的操作顺序是________（填序号）。

①洗涤　②蒸发浓缩　③过滤　④冷却至30℃结晶　⑤溶解

（4）在实验室中采用上述原理制取过氧化尿素，搅拌器的材质一般用玻璃而非铁质，原因是___________________________________________________。

而实际生产中搅拌器选用的是铁质材料，但需要对搅拌器进行处理，处理方法是_______________________________________________________。

（5）Ⅰ.为测定产品中H2O2的含量，常用KMnO4溶液滴定H2O2（5H2O2＋2MnO

＋6H＋===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O）。

高锰酸钾标准溶液通常放置时间较长，因此在滴定H2O2前，常用现配的草酸钠溶液先标定出KMnO4标准溶液的浓度。

Ⅱ.称取过氧化尿素样品2.000g，溶解在250mL容量瓶中定容。

准确量取25.00mL于锥形瓶中，加入1.00mL6mol·L－1的硫酸，用标定过的0.1000mol·L－1的高锰酸钾标准溶液滴定至滴入最后一滴时溶液显浅红色且半分钟内不褪色，三次滴定平均消耗KMnO4标准溶液8.00mL（KMnO4与尿素不反应）。

①H2O2的质量分数是________（精确至0.1%）。

②若装草酸钠溶液的滴定管水洗后未润洗，最终H2O2的质量分数________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。

3.工业上以铬铁矿（主要成分是FeO·Cr2O3，含少量MgCO3、Al2O3、SiO2等）为原料制取铬酸钠（Na2CrO4）晶体，其工艺流程如下：

已知：

①＋3价Cr在酸性溶液中性质稳定，当pH>9时以CrO

形式存在且易被氧化。

②常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下：

阳离子

Fe3＋

Fe2＋

Mg2＋

Al3＋

Cr3＋

开始沉淀时的pH

1.9

7.0

9.1

—

—

沉淀完全时的pH

3.2

9.0

11.1

4.7（>10溶解）

5.6（>9溶解）

（1）提高酸浸速率的措施有________（答两条），滤渣3的主要成分是________（填化学式）。

（2）流程中两次使用了H2O2进行氧化，H2O2的电子式为________；第二次氧化时反应的离子方程式为_______________________________________。

（3）如果把“调pH＝4.7”和“调pH>11”中间的“过滤”步骤省略，引起的后果是___________________________________________________。

（4）流程图中“□”内的操作是________、洗涤、干燥。

（5）①制取铬酸钠后的废水中含有的Cr2O

可以用绿矾除去，测得反应后的溶液中含Cr3＋、Fe2＋、Fe3＋、H＋等阳离子。

该反应的离子方程式为_______________________________________________________________。

②某工厂排放废水中含2.00×10－3mol·L－1的Cr2O

，将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4（Cr的化合价为＋3，Fe的化合价依次为＋3、＋2）。

欲使1L该废水中的Cr2O

完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4，理论上需要加入________g绿矾。

（结果保留两位小数）

4.立德粉ZnS·BaSO4（也称锌钡白）,是一种常用的白色颜料。

回答下列问题:

（1）利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。

灼烧立德粉样品时,钡的焰色为　　　　　（填标号）。

A.黄色B.红色C.紫色D.绿色

（2）以重晶石（BaSO4）为原料,可按如下工艺生产立德粉:

①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。

回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

②在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差,其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的　　　　　（填化学式）。

③沉淀器中反应的离子方程式为 　　　　　　　　　　　。

（3）成品中S2-的含量可以用“碘量法”测得。

称取mg样品,置于碘量瓶中,移取25.00mL0.1000mol·L-1的I2-KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5min,有单质硫析出。

以淀粉为指示剂,过量的I2用0.1000mol·L-1Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+2S2

2I-+S4

。

测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。

终点颜色变化为　　　　　　　　,样品中S2-的含量为　　　　　　　　　　　　　（写出表达式）。

5.工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示：

已知：

①菱锰矿的主要成分是MnCO3，其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。

②Al3＋、Fe3＋沉淀完全的pH分别为4.7、3.2，Mn2＋、Mg2＋开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。

③焙烧过程中主要反应为MnCO3＋2NH4Cl

MnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O。

（1）结合图1、2、3，分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、

分别为_____________________________________________________、____________、____________。

（2）对浸出液净化除杂时，需先加入MnO2将Fe2＋转化为Fe3＋，再调节溶液pH的范围为___________________________________________________，

将Fe3＋和Al3＋变为沉淀而除去，然后加入NH4F将Ca2＋、Mg2＋变为氟化物沉淀除去。

（3）“碳化结晶”步骤中，加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为___________________________________________________________________________________________________。

（4）上述流程中可循环使用的物质是________。

（5）现用滴定法测定浸出液中Mn2＋的含量。

实验步骤：

称取1.000g试样，向其中加入稍过量的磷酸和硝酸，加热使反应2Mn2＋＋NO

＋4PO

＋2H＋

2[Mn（PO4）2]3－＋NO

＋H2O充分进行；加入稍过量的硫酸铵，发生反应NO

＋NH

===N2↑＋2H2O以除去NO

；加入稀硫酸酸化，用2.00mol·L－110.00mL硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定，发生的反应为[Mn（PO4）2]3－＋Fe2＋===Mn2＋＋Fe3＋＋2PO

；用0.10mol·L－110.00mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2＋。

①酸性K2Cr2O7溶液与Fe2＋反应的离子方程式为__________________________________________________（还原产物是Cr3＋）。

②试样中锰的质量分数为________。

6.高纯MnCO3在电子工业中有重要的应用,湿法浸出软锰矿（主要成分为MnO2,含少量Fe、Al、Mg等杂质元素）制备高纯碳酸锰的实验过程如下:

（1）浸出时温度控制在90~95℃之间,并且要连续搅拌3小时的目的是　　　　　　　　　,植物粉的作用是　　　　　　　　　　　　　。

（2）除杂过程的操作如下:

①向浸出液中加入一定量的碳酸锰矿,调节浸出液的pH为3.5~5.5。

②再加入一定量的软锰矿和双氧水,过滤。

③……

操作①中使用碳酸锰调pH的优势是　　　　　　　　　　　　　;操作②中加入双氧水不仅能将Fe2+氧化为Fe3+,而且能提高软锰矿的浸出率。

写出双氧水提高软锰矿浸出率的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（3）在30~35℃下,将碳酸氢铵溶液滴加到硫酸锰净化液中,控制反应液的最终pH在6.5~7.0,可得到MnCO3沉淀。

温度控制在35℃以下的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　;该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　;生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤,检验洗涤是否完全的方法是　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）已知室温下,Ksp（MnCO3）=1.8×10-11,Ksp（MgCO3）=2.6×10-5,当离子浓度小于1.0×10-5mol·L-1时,表示该离子沉淀完全。

若净化液中的c（Mg2+）=10-2mol·L-1,试计算说明Mg2+的存在是否会影响MnCO3的纯度。

7.H2S在金属离子的鉴定分析、煤化工等领域都有重要应用。

请回答：

Ⅰ.工业上一种制备H2S的方法是在催化剂、高温条件下，用天然气与SO2反应，同时生成两种能参与大气循环的氧化物。

（1）该反应的化学方程式为___________________________________________________________。

Ⅱ.H2S可用于检测和沉淀金属阳离子。

（2）H2S的第一步电离方程式为_____________________________________________________________。

（3）已知：

25℃时，Ksp（SnS）＝1.0×10－25，Ksp（CdS）＝8.0×10－27。

该温度下，向浓度均为0.1mol·L－1的CdCl2和SnCl2的混合溶液中通入H2S，当Sn2＋开始沉淀时，溶液中c（Cd2＋）＝________（溶液体积变化忽略不计）。

Ⅲ.H2S是煤化工原料气脱硫过程的重要中间体。

反应原理为

ⅰ.COS（g）＋H2（g）

H2S（g）＋CO（g）　ΔH＝＋7kJ·mol－1；

ⅱ.CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）　ΔH＝－42kJ·mol－1。

（4）已知：

断裂1mol分子中的化学键所需吸收的能量如表所示。

分子

COS（g）

H2（g）

CO（g）

H2S（g）

H2O（g）

CO2（g）

能量/（kJ·mol－1）

1319

442

x

678

930

1606

表中x＝________。

（5）向10L容积不变的密闭容器中充入1molCOS（g）、1molH2（g）和1molH2O（g），进行上述两个反应。

其他条件不变时，体系内CO的平衡体积分数与温度（T）的关系如图所示。

①随着温度升高，CO的平衡体积分数________（填“增大”或“减小”）。

原因为________________________________________________________________________。

②T1℃时，测得平衡时体系中COS的物质的量为0.80mol。

则该温度下，COS的平衡转化率为________；反应ⅰ的平衡常数为________（保留两位有效数字）。

8.银的冶炼有很多方法,在《天工开物》均有记载,而现代流行的“氰化法”,用NaCN溶液浸出矿石中的银的方法是最常用的方法。

该方法具备诸多优点:

银的回收率高、对游离态和化合态的银均能浸出、对能源消耗相对较少、生产工艺简便等,但氰化物通常有毒。

其炼制工艺简介如下:

（1）矿石需要先进行破碎、研磨,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）写出该工艺的一个明显的缺点　　　　　　　。

（3）用NaCN浸泡矿石（该矿石是辉银矿,其主要成分是Ag2S）时,反应容器处于开口状态,产生的银以[Ag（CN）2]-形式存在,硫元素被氧化至最高价,试写出主要反应的离子方程式:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）在矿石中银往往和锌、铜、金等元素伴生,故氰化法得到的银中往往因含有上述金属而不纯净,需要进一步纯化,从而获得纯净的银。

其中方法之一就是进行电解精炼,在精炼过程中,含有杂质的银作　　　　　　（填“阴”或“阳”）极,该电极上发生的主要反应式为　　　　　　　,金以　　　　　　　形式存在。

（5）有人提出了另外的提纯银的方案,先将锌粉还原后的混合金属用略过量的硝酸溶解,通过精确调整溶液的pH来进行金属元素分离,已知:

①溶解后的离子浓度如下表:

Zn2+

Cu2+

Ag+

物质的量浓度/mol·L-1

0.001

0.002

0.5

②某些金属离子的氢氧化物Ksp如下:

Zn2+

Cu2+

Ag+

……

Ksp

1.0×10-17

2.0×10-20

2.0×10-8

若lg2=0.3,该设计方案　　　　　　　（填“可行”或“不可行”）,其原因是　 　。

9.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:

（1）软锰矿“粉磨”的目的是　　　　　　　　　　　　。

（2）“浸渣”的主要成分是　　　　　　　　（填名称）。

（3）经检测“浸取液”中无Fe2+,“浸取”时MnO2发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）在“沉锰”操作中,不能用Na2CO3代替NH4HCO3,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（5）将“酸溶”后的溶液作为电解液,用下图1装置电解,应采用　　　　　　（填“阴”或“阳”）离子交换膜,阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

图1

图2

（6）为充分利用“滤渣1”,需测定滤渣中铝元素的含量,设计以下方案。

①将mg滤渣处理成amL溶液。

②取少量①中溶液用EDTA滴定测得溶液中Fe3+、Al3+的浓度之和为bmmol·L-1。

③另取少量①中溶液将Fe3+用盐酸羟胺（在溶液中可完全电离出NH3OH+与Cl-）还原Fe2+,离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　; 

④将③所得溶液利用吸光度法测得其吸光度为0.400（吸光度与Fe2+的浓度关系如上图2所示）。

该样品中铝元素的质量分数为　　　　　　　　（用含字母的表达式表示）。

10.硼氢化钠（NaBH4）具有优良的还原性,在有机化学和无机化学领域有着广泛的应用。

利用硼精矿（主要成分为B2O3,含有少量Al2O3、SiO2、FeCl3等）制取NaBH4的流程如图1:

图1

图2

已知:

偏硼酸钠（NaBO2）易溶于水,不溶于醇,在碱性条件下稳定存在。

回答下列问题。

（1）写出加快硼精矿溶解速率的措施　　　　　　　　　　　　　　（写一种）。

（2）操作1为　　　　　　　　,滤渣主要成分为　　　　　　。

（3）除硅、铝步骤加入CaO而不加入CaCl2的原因有:

①能将硅、铝以沉淀除去;②　　　　。

（4）氢化镁（MgH2）中H元素的化合价为　　　　　　;MgH2与NaBO2在一定条件下发生反应1,其化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（5）如图2在碱性条件下,在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢化钠,写出阴极室的电极反应式　　　　　　　　　　　　。

（6）硼氢化钠是一种强还原剂,碱性条件可处理电镀废液中的硫酸铜制得纳米铜,从而变废为宝,写出该反应的离子方程式:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

11.重铬酸钾（K2Cr2O7）是一种重要的氧化剂，工业上常用铬铁矿为原料生产重铬酸钾。

但含铬废渣（废水）是污染物，随意排放对人类的生存环境有极大的危害。

某兴趣小组设计如图所示工艺，模拟工业用铬铁矿制取重铬酸钾。

小组成员通过查阅相关资料，获得以下信息：

①铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，其中含杂质SiO2、Al2O3和MgO

②某些物质在不同温度下的溶解度：

物质

KCl

NaCl

K2Cr2O7

Na2Cr2O7

溶解度

（g/100g水）

0℃

28

35.7

4.7

163

40℃

40.1

36.4

26.3

215

80℃

51.3

38

73

376

③Na2CrO4溶液中存在平衡：

2CrO

＋2H＋

Cr2O

＋H2O

④常温下，Cr（OH）3的Ksp＝6.4×10－32

⑤lg5＝0.7

请回答下列问题：

（1）流程①反应器中涉及的主要反应如下，请完成并配平该反应方程式。

FeO·Cr2O3＋

NaOH＋

KClO3

Na2CrO4＋

Fe2O3＋

KCl＋

________

（2）流程②后所得到的滤液中含有的金属阳离子是________。

（3）流程③中调节pH＝7～8并过滤，所得滤渣为________。

（4）流程④中酸化的目的是________________，但酸化不能选用盐酸，其理由是__________________________________________________________。

（5）流程⑤中加入KCl，能够析出重铬酸钾晶体的原因是

____________________________________________________________。

（6）①一定浓度的含Cr3＋废水排放到河塘中会使鱼类等水生物死亡，原因是

_____________________________________________________________。

②若Ⅰ类生活饮用水水质标准铬含量最高限值是5.2×10－5g·L－1，若通过调节溶液的pH的方法让含Cr3＋的水达到饮用水水质标准，则pH≥________。

12.高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备,工艺如下图所示。

回答下列问题:

相关金属离子[c0（Mn+）=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:

金属离子

Mn2+

Fe2+

Fe3+

Al3+

Mg2+

Zn2+

Ni2+

开始沉淀的pH

8.1

6.3

1.5

3.4

8.9

6.2

6.9

沉淀完全的pH

10.1

8.3

2.8

4.7

10.9

8.2

8.9

（1）“滤渣1”含有S和　　　　　　　　　　;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是　。

（3）“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为　　　　　~6.0之间。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是　　　　　　。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。

若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是　　　　　　　　　。

（6）写出“沉锰”的离子方程式　。

（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。

当x=y=

时,z=　　　　。

13.CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。

一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co（OH）3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下:

已知:

①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等。

②酸性条件下,Cl

不会氧化Co2+,Cl

转化为Cl-。

③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表（金属离子浓度为0.01mol·L-1）:

沉淀物

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Co（OH）2

Al（OH）3

Mn（OH）2

开始沉淀

2.7

7.6

7.6

4.0

7.7

完全沉淀

3.7

9.6

9.2

5.2

9.8

④CoCl2·6H2O熔点为86℃,加热至110~120℃时,失去结晶水生成无水氯化钴。

请回答:

（1）写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）