届二轮复习 大题强化训练二 化学工艺流程的解答策略 作业全国通用.docx

1、届二轮复习 大题强化训练二 化学工艺流程的解答策略 作业全国通用大题强化训练(二) 化学工艺流程的解答策略(教师用书独具)1Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：回答下列问题：(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为_。(2)TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：温度/3035404550TiO2xH2O转化率/%9295979388分析40 时TiO2xH2O转化率最高的原因_。(3

2、)Li2Ti5O15中Ti的化合价为4，其中过氧键的数目为_。(4)若“滤液”中c(Mg2)0.02 molL1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3)1.0105 molL1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_(列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.31022、1.01024。_。(5)写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_。【解析】(1)根据图像分析，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为100 、2 h或90 、5 h。(2)当温度低于40 时，H2O2、NH3H2O不易分解，但是温度低，反

3、应速率慢，TiO2xH2O转化率低；当温度高于40 时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2xH2O的转化率低。(3)设Li2Ti5O15中过氧键的数目为x，则非过氧键氧原子数目为152x，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零可得：2x2(152x)1245，解得：x4。(4)根据Ksp(FePO4)1.31022及Fe3恰好完全沉淀时溶液中c(Fe3)1.0105 molL1，可得c(PO)molL11.31017 molL1。c(Mg2)molL10.01 molL1，则c3(Mg2)c2(PO)0.013(1.31017)21.6910401.71040K

4、spMg3(PO4)21.01024，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。(5)煅烧过程中，Fe元素化合价由3降至2，被还原，则H2C2O4应作还原剂，其氧化产物为CO2，反应的化学方程式为2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO43CO2H2O。【答案】(1)100 、2 h或90 、5 h(2)低于40 ，TiO2xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O转化反应速率下降(3)4(4)Fe3恰好沉淀完全时，c(PO)molL11.31017 molL1，c3(Mg2)c2(PO)值为0.013(1.31017)21.71040Ksp

5、Mg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀(5)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO43CO2H2O2(2018成都一模)高锰酸钾常用作消毒杀菌剂、水质净化剂等。某小组用软锰矿(主要含MnO2，还含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等杂质)模拟工业制高锰酸钾流程如下。试回答下列问题：(1)配平焙烧时发生的化学反应方程式：_MnO2_ _O2_K2MnO4_H2O；工业生产中采用对空气加压的方法提高MnO2利用率，试用碰撞理论解释其原因：_。(2)滤渣的成分有_(化学式)；第一次通CO2不能用稀盐酸代替的原因是_。(3)第二次通入过量CO2生成MnO2的离子方程式为

6、_。(4)将滤液进行一系列操作得KMnO4。由图像可知，从滤液得到KMnO4需经过_、_、洗涤等操作。(5)工业上按上述流程连续生产。用含a%MnO2的软锰矿1吨，理论上最多可制KMnO4_吨。(保留2位有效数字)(6)利用电解法可得到更纯的KMnO4。用惰性电极电解滤液。电解槽阳极反应式为_。阳极还可能有气体产生，该气体是_。【解析】由流程图可知，软锰矿在空气和碱性环境中焙烧冷却后，得到K2MnO4、硅酸盐、偏铝酸盐和Fe2O3，过滤后，滤液中是K2MnO4、硅酸盐、偏铝酸盐，通入CO2生成H2SiO3和Al(OH)3沉淀，滤液中第二次通入过量CO2生成KMnO4。(2)滤渣是H2SiO3和

7、Al(OH)3沉淀；盐酸是强酸，易将Al(OH)3沉淀溶解，不宜掌握用量。(3)第二次通入的CO2和溶液中的K2MnO4反应的离子方程式为3MnO4CO22H2O=MnO22MnO4HCO。(4)由曲线可知，KMnO4溶解度随温度变化较小，故使用蒸发结晶法，趁热过滤。(5)依据工艺流程，含Mn物质间的定量转化应为：MnO2K2MnO4KMnO4MnO2但是MnO2循环利用，多次转化，可视为原料中的Mn全部转化为KMnO4所以：m(KMnO4)1580.018a t。(6)电解滤液，阳极被氧化MnOe=MnO。阳极还可能发生4OHe=O22H2O，产生O2。【答案】(1)24KOH122加压增大

8、了氧气浓度，使单位体积内的活化分子数增加，有效碰撞次数增多，反应速率加快，使MnO2反应更充分(2)Al(OH)3、H2SiO3稀盐酸可溶解Al(OH)3，不易控制稀盐酸的用量(3)3MnO4CO22H2O=MnO22MnO4HCO(4)蒸发结晶趁热过滤(5)0.018a(6)MnOe=MnOO23(2018蓉城名校一模)3PbOPbSO4H2O化学名：三盐基硫酸铅，简称三盐，M990 gmol1。不溶于水，微黄色粉末，可用作聚氯乙烯稳定剂。以铅泥(含PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐基硫酸铅的工艺流程如图所示。已知：PbSO4的Ksp1.82108，PbCO3的Ksp1.462101

9、3。请回答下列问题：(1)铅蓄电池其工作原理是PbPbO22H2SO42PbSO42H2O。充电时，阳极的电极反应式为_。(2)步骤转化的目的是_，将滤液1、滤液3合并，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作，可得到一种结晶水合物(M322 gmol1)，其化学式为_；滤液2中可循环利用的溶质为_(填化学式)。(3)沉铅后的滤液中c(Pb2)9.10105molL1，则此时c(SO)_molL1。(4)步骤合成三盐的化学方程式为_；步骤洗涤沉淀时的操作是_；若以100.0 t铅泥为原料制得纯净干燥的三盐49.5 t，假设铅泥中的铅元素有90%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为_。【解析】(1)铅

10、蓄电池充电时，阳极发生氧化反应，其电极反应式为PbSO42H2O2e=PbO2SO4H。(2)步骤加入Na2CO3溶液能将PbSO4转化为PbCO3，可以提高铅元素的利用率。结合上述分析可知滤液1、滤液3中均含有Na2SO4，再结合所得晶体的摩尔质量可知析出的晶体为Na2SO410H2O。滤液2中的HNO3可循环使用。(3)沉铅后滤液中c(Pb2)9.10105molL1，则滤液中c(SO)molL12.0104 molL1。(4)步骤中加入NaOH溶液，使PbSO4转化成三盐，化学方程式为4PbSO46NaOH3PbOPbSO4H2O3Na2SO42H2O。沉淀表面有Na2SO4等杂质，洗涤

11、沉淀时，向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，并重复上述操作23次即可。设铅泥中铅元素的质量分数为x，根据关系式：4Pb 3PbOPbSO4H2O4 mol207 gmol1 990 g1000 tx90%49.5 t则，解得x46.0 %。【答案】(1)PbSO42H2O2e=PbO2SO4H(2)将PbSO4转化为PbCO3，提高铅的利用率Na2SO410H2OHNO3(3)2.0104(4)4PbSO46NaOH3PbOPbSO4H2O3Na2SO42H2O向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，并重复上述操作23次46.0%4(2018桂林模拟)金属钛被称为“21世纪金属

12、”。(1)工业上用钛矿石(主要成分为FeTiO3，主要含FeO、Al2O3、SiO2等杂质)经过以下流程制得TiO2：其中，步骤发生的主要反应为2H2SO4FeTiO3=TiOSO4FeSO42H2O。步骤发生反应的离子方程式是_、_。为提高钛矿石的碱浸出速率，步骤可采取的办法除提高碱的浓度外，还可以采取的办法有_、_(写出两种方法)。步骤中加入Fe的目的是_；分离出FeSO4晶体的操作是_。步骤形成的TiO2nH2O为胶体，步骤发生反应的化学方程式为_。(2)可利用TiO2通过下述两种方法制备金属钛。方法一：将TiO2作阴极，石墨作阳极，熔融CaO为电解液，碳块作电解池槽，电解TiO2制得钛

13、，阳极上一定生成的气体是_，可能生成的气体是_。方法二：通过以下反应制备金属钛。TiO2(s)2Cl2(g) TiCl4(g)O2(g)H151 kJmol1TiCl42Mg2MgCl2Ti实际生产中，需在反应过程中加入碳，可以顺利制得TiCl4。碳的作用除燃烧放热外，还具有的作用是_。【解析】(1)步骤中Al2O3、SiO2均能与浓NaOH溶液反应，其离子方程式分别为Al2O32OH=2AlOH2O、SiO22OH=SiOH2O。为提高钛矿石的碱浸出速率，可采取适当增加碱的浓度、升高反应温度、粉碎钛矿石或搅拌等措施。步骤所得溶液中的Fe2易被氧化成Fe3，加入适量铁粉，可将溶液中的Fe3还原

14、为Fe2。从溶液中分离出FeSO4晶体时，可采取的操作为过滤。TiOSO4在溶液中加热水解生成 TiO2nH2O(胶体)的化学方程式为TiOSO4(n1)H2OTiO2nH2O(胶体)H2SO4。(2)熔融CaO中的O2向阳极移动，阳极上O2失电子被氧化为O2；由于碳块作电解池槽，则阳极还可能生成CO、CO2或二者的混合气体。反应的过程中加入适量碳，碳燃烧放出热量提供反应所需的高温，此外碳还可以和生成物O2反应，促使反应的平衡正向移动。【答案】(1)Al2O32OH=2AlOH2OSiO22OH=SiOH2O升高温度(或加热)粉碎钛矿石或搅拌(其他合理答案均可)还原Fe3过滤TiOSO4(n1

15、)H2OTiO2nH2O(胶体)H2SO4(2)O2(或氧气)CO2(或CO或CO2、CO)消耗O2，促进反应的平衡向正反应方向移动5(2018东北三省联考)铅及其化合物有着优异的性能和广泛的应用。工业上利用铅浮渣(主要成分是PbO、Pb还含有少量的Ag、CaO)可制备硫酸铅。制备流程图如下：已知：Ksp(PbSO4)1.6108Ksp(CaSO4)4.9105(1)步骤有NO产生，浸出液中含量最多的金属阳离子为Pb2，写出Pb参加反应的化学方程式：_，为防止Ag被溶解进入浸出液，步骤操作时应注意_。(2)粗PbSO4产品含有的杂质是_；要得到纯净的PbSO4，需要用试剂进行多次洗涤，再用蒸馏

16、水洗涤。最好选用的试剂是_。A稀硫酸 B稀盐酸C硝酸铅溶液 D酒精(3)母液中可循环利用的物质是HNO3，若母液中残留的SO过多，则循环利用时可能出现的问题是_。(4)若将步骤中的Pb2完全沉淀c(Pb2)1.0105molL1，则溶液中的c(SO)至少为_molL1。(5)(CH3COO)2Pb是皮毛行业的染色助剂，可用PbSO4与CH3COONH4反应制备，写出反应的离子方程式_。【解析】(1)Pb能与稀HNO3发生氧化还原反应，其化学方程式为3Pb8HNO3=3Pb(NO3)22NO4H2O。由于金属活泼性：PbAg，故步骤中为了防止Ag溶解进入浸出液，需控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb

17、)稍有剩余。(2)根据题图可知所得粗PbSO4产品中含有CaSO4杂质，根据PbSO4、CaSO4的溶度积常数可知相同条件下PbSO4更难溶，为了得到纯净的PbSO4，可用硝酸铅溶液多次洗涤粗产品，使CaSO4转化为PbSO4，再用蒸馏水洗涤。(3)若母液中残留的SO过多，则其会与浸出时生成的Pb2反应生成PbSO4，PbSO4会随浸出渣排出，从而降低PbSO4的产率。(4)步骤中Pb2完全沉淀时溶液中c(Pb2)1.0105 molL1，则溶液中c(SO)至少为molL11.6103molL1。(5)根据题中信息可知PbSO4与CH3COONH4发生复分解反应得到(CH3COO)2Pb，其离

18、子方程式为PbSO42CH3COO=(CH3COO)2PbSO。【答案】(1)3Pb8HNO3=3Pb(NO3)22NO4H2O控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余(其他合理答案均可)(2)CaSO4C(3)浸出时部分Pb2生成PbSO4随浸出渣排出，降低PbSO4的产率(4)1.6103(5)PbSO42CH3COO=(CH3COO)2PbSO6(2018合肥模拟)二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土化合物。以氟碳铈矿(主要含CeCO3F)为原料制备CeO2的一种工艺流程如下：已知：i.Ce4能与F结合成CeFx(4x)，也能与SO结合成CeSO42；ii.在硫酸体系中Ce4能被萃取剂

19、(HA)2萃取，而Ce3不能；iii.常温下，Ce2(CO3)3饱和溶液浓度为1.0106molL1。回答下列问题：(1)“氧化焙烧”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是_(写出2种即可)。(2)写出“氧化焙烧”产物CeO2与稀H2SO4反应的离子方程式：_。(3)“萃取”时存在反应：Ce4n(HA)2 Ce(H2n4A2n)4H。D表示Ce4分别在有机层中与水层中存在形式的浓度之比的比值(D)。保持其他条件不变，在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改变水层中的c(SO)，D随起始料液中c(SO)增大而减小的原因是_。(4)浸渣经处理可得Ce(BF4)3，加入KCl溶液发生反应：C

20、e(BF4)3(s)3K(aq) 3KBF4(s)Ce3(aq)。若一定温度时，Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分别为a、b，则该反应的平衡常数K_(用a、b表示)。(5)“反萃取”中加H2O2发生主要反应的离子方程式为_。常温下，在“反萃取”后所得水层中加入1.0 molL1的NH4HCO3溶液，产生Ce2(CO3)3沉淀，当Ce3恰好沉淀完全时c(Ce3)1105molL1，溶液中c(CO)约为_。(6)CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键成分，它能在还原气氛中供氧，在氧化气氛中耗氧。在尾气消除过程中发生着CeO2 CeO2(1x)xO2(0x0.25)的循环。写出CeO2消除CO尾气的化

21、学方程式：_。【解析】(1)“氧化焙烧”过程中，将矿石粉碎成细颗粒、通入大量空气等均可以加快反应速率和提高原料利用率。(2)根据Ce4能与SO结合成CeSO42知，CeO2与稀H2SO4反应生成CeSO42和H2O，离子方程式为CeO24HSO=CeSO422H2O。(3)水层中的Ce4会与SO结合成CeSO42，随着c(SO)增大，c(CeSO42)增大，c(Ce4)减小，导致萃取平衡Ce4n(HA)2 Ce(H2n4A2n)4H向逆反应方向移动，cCe(H2n4A2n)减小，故D减小。(4)该反应的平衡常数K。(5)在硫酸体系中Ce4能被萃取剂(HA)2萃取，而Ce3不能，“反萃取”中加H

22、2O2，是为了将Ce4还原为Ce3，则H2O2转化为O2，配平离子方程式为2Ce4H2O2=2Ce3O22H。常温下，Ce2(CO3)3饱和溶液的浓度为1.0106molL1，根据Ce2(CO3)3(s) 2Ce3(aq)3CO (aq)，该溶液中c(Ce3)2.0106molL1、c(CO)3.0106molL1，则KspCe2(CO3)3(2.0106)2(3.0106)31.081028。当Ce3恰好沉淀完全时c(Ce3)1105molL1，溶液中c3(CO)c2(Ce3)KspCe2(CO3)3，c(CO)1106molL1。(6)CeO2消除CO尾气，可以看作是CeO2的循环产生的氧气将CO转化为CO2，故化学方程式为2xCOCeO2=CeO2(1x)2xCO2。【答案】(1)将矿石粉碎成细颗粒、通入大量空气(其他合理答案均可)(2)CeO24HSO=CeSO422H2O(3)随着c(SO)增大，水层中的Ce4与SO结合成CeSO42，导致萃取平衡逆向移动，D减小(4) (5)2Ce4H2O2=2Ce3O22H1106 molL1(6)2xCOCeO2=CeO2(1x)2xCO2