(江蘇專用)2020高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題檢測(cè)(十) 無機(jī)化工流程

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1、專題檢測(cè)(十) 無機(jī)化工流程 1.(2019無錫一模)工業(yè)上以碳酸錳礦(主要成分為MnCO3,另含F(xiàn)eO、Fe2O3、CaO等雜質(zhì))為主要原料生產(chǎn)錳酸鋰(LiMn2O4)的工藝流程如下: (1)為了提高碳酸錳礦浸出的速率,在“酸浸”時(shí)可采取的措施有:①適當(dāng)升高溫度;②攪拌;③_________________________________________________________等。 (2)“除鐵”時(shí),加入CaO的目的是______________________________________。 (3)加入MnF2是為了除去溶液中的Ca2+,若控制溶液中F-濃度為310

2、-3 molL-1,則Ca2+的濃度為________molL-1[常溫時(shí),Ksp(CaF2)=2.710-11]。 (4)“合成MnO2”的化學(xué)方程式為____________________________。 (5)“鋰化”是將MnO2和Li2CO3按4∶1的物質(zhì)的量比配料,球磨3~5 h,然后升溫至600~750 ℃,保溫24 h,自然冷卻至室溫得產(chǎn)品。 ①升溫到515 ℃時(shí),開始有CO2產(chǎn)生,比預(yù)計(jì)碳酸鋰的分解溫度(723 ℃)低得多??赡艿脑蚴莀_________________________________________________。 ②寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:_

3、_____________________________。 解析:(1)為了提高碳酸錳礦浸出的速率,在“酸浸”時(shí)可采取的措施有:①適當(dāng)升高溫度;②攪拌;③適當(dāng)增大硫酸的濃度(或?qū)⑻妓徨i礦研成粉末等);(2)“除鐵”時(shí),加入CaO的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去;(3)加入MnF2是為了除去溶液中的Ca2+,若控制溶液中F-濃度為310-3 molL-1,則Ca2+的濃度為===310-6(molL-1);(4)根據(jù)流程圖分析可知,濾液中MnSO4用K2S2O8氧化生成MnO2,則“合成MnO2”的化學(xué)方程式為MnSO4+K2S2O8+2H2O===MnO

4、2↓+K2SO4+2H2SO4;(5)①“鋰化”時(shí)將MnO2和Li2CO3按4∶1的物質(zhì)的量比配料,升溫到515 ℃時(shí),開始有CO2產(chǎn)生,加快了碳酸鋰的分解[比預(yù)計(jì)碳酸鋰的分解溫度(723 ℃)低得多]??赡艿脑蚴荕nO2是催化劑,加快了碳酸鋰分解;②該反應(yīng)的化學(xué)方程式8MnO2+2Li2CO3===4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑。 答案:(1)適當(dāng)增大硫酸的濃度(或?qū)⑻妓徨i礦研成粉末) (2)調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去 (3)310-6 (4)MnSO4+K2S2O8+2H2O===MnO2↓+K2SO4+2H2SO4 (5)①M(fèi)nO2是催

5、化劑 ②8MnO2+2Li2CO3===4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑ 2.(2019南京三模)以鎳廢料(主要成分為鎳鐵合金,含少量銅)為原料,生產(chǎn)NiO的部分工藝流程如下: 已知:下表列出了幾種金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 molL-1計(jì)算)。 開始沉淀的pH 沉淀完全的pH Ni2+ 6.7 9.5 Fe3+ 1.1 3.2 Fe2+ 5.8 8.8 Cu2+ 4.2 7.2 (1)“酸溶”時(shí)Ni轉(zhuǎn)化為NiSO4,該過程中溫度控制在70~80 ℃的原因是_______________________

6、_________________________________________________。 (2)“氧化”時(shí),F(xiàn)e2+參加反應(yīng)的離子方程式為__________________________________。 (3)“除鐵”時(shí)需控制溶液的pH范圍為______________。 (4)“濾渣”的主要成分為______________(填化學(xué)式)。 (5)“沉鎳”時(shí)得到堿式碳酸鎳[用xNiCO3yNi(OH)2表示]沉淀。 ①在隔絕空氣條件下,“煅燒”堿式碳酸鎳得到NiO,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________。 ②“沉鎳”時(shí),溶液p

7、H增大,堿式碳酸鎳中Ni元素含量會(huì)增加,原因是____________________________________________________________________________。 解析:鎳廢料(主要成分為鎳鐵合金,含少量銅)加稀硫酸、稀硝酸進(jìn)行“酸溶”,其中鐵、鎳溶于酸,銅也與硝酸反應(yīng)產(chǎn)生氮氧化物;“氧化”時(shí)加入H2O2可將“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化為Fe3+,加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH除去鐵離子,過濾得到氫氧化鐵濾渣和濾液;向除鐵后的濾液中通入H2S氣體,發(fā)生反應(yīng)H2S+Cu2+===CuS↓+2H+,除去Cu2+;再向除銅后的濾液中加入碳酸鈉溶液沉淀鎳離子,過濾、

8、洗滌、干燥得到的固體經(jīng)煅燒得到NiO。 (1)“酸溶”時(shí)溫度控制在70~80 ℃的原因是溫度低于70 ℃,反應(yīng)速率降低;溫度高于80 ℃,HNO3 分解(或揮發(fā))加快;(2)“氧化”時(shí),F(xiàn)e2+被H2O2氧化,離子方程式為 2Fe2+ +H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;(3)“除鐵”時(shí)使Fe3+完全沉淀,而Ni2+、Cu2+不沉淀,故需控制溶液的pH范圍為 3.2≤pH<4.2;(4)通入H2S使Cu2+沉淀生成CuS,“濾渣”的主要成分為CuS;(5)①在隔絕空氣條件下,“煅燒”堿式碳酸鎳得到NiO、CO2和H2O,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為xNiCO3yNi(OH)2(x+y)

9、NiO+xCO2↑+yH2O;②“沉鎳”時(shí),溶液pH增大,堿式碳酸鎳中Ni元素含量會(huì)增加,原因是Ni(OH)2中 Ni含量高于 NiCO3,pH 越大,堿式碳酸鎳中 Ni(OH)2 比例增大。 答案:(1)溫度低于70 ℃,反應(yīng)速率降低;溫度高于80 ℃,HNO3 分解(或揮發(fā))加快 (2)2Fe2+ +H2O2+2H+===2Fe3++2H2O (3)3.2≤pH<4.2 (4)CuS (5)①xNiCO3yNi(OH)2(x+y)NiO+xCO2↑+yH2O ②Ni(OH)2 中 Ni含量高于 NiCO3,pH 越大,堿式碳酸鎳中 Ni(OH)2 比例增大 3.(2018常州

10、一模)利用廢鉛蓄電池的鉛泥(PbO、Pb及PbSO4等)可制備精細(xì)無機(jī)化工產(chǎn)品3PbOPbSO4H2O(三鹽),主要制備流程如下: (1)步驟①PbSO4轉(zhuǎn)化為難溶PbCO3的離子方程式為______________________。 (2)濾液1和濾液3經(jīng)脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶可得到的副產(chǎn)品為__________(寫化學(xué)式)。 (3)步驟③酸溶時(shí),其中的鉛與硝酸生成Pb(NO3)2及NO的離子方程式為____________________________;濾液2中溶質(zhì)主要成分為______________(寫化學(xué)式)。 (4)步驟⑥合成三鹽的化學(xué)方程式為_______________

11、_____________________________ ________________________________________________________________________。 (5)步驟⑦洗滌操作時(shí),檢驗(yàn)沉淀是否洗滌完全的方法是 ________________________________________________________________________。 解析:(1)向鉛泥中加入Na2CO3溶液,PbSO4轉(zhuǎn)化為難溶的PbCO3的離子方程式為CO+PbSO4===PbCO3+SO。(2)過濾得到濾液1為Na2SO4,向?yàn)V渣中加入硝酸,

12、PbO、Pb、PbCO3都與硝酸反應(yīng)生成Pb(NO3)2,然后加入硫酸,生成PbSO4,過濾,濾液2的主要成分是HNO3,向?yàn)V渣中加入NaOH,得到3PbOPbSO4H2O(三鹽),同時(shí)生成Na2SO4,故濾液3為Na2SO4,因此濾液1和濾液3經(jīng)脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶可得到的副產(chǎn)品為Na2SO410H2O(或Na2SO4)。(3)鉛與硝酸生成Pb(NO3)2及NO的離子方程式為3Pb+8H++2NO===3Pb2++2NO↑+4H2O,濾液2中溶質(zhì)主要成分為HNO3。(4)步驟⑥合成三鹽的化學(xué)方程式4PbSO4+6NaOH===3Na2SO4+3PbOPbSO4H2O+2H2O。(5)該沉淀吸附的

13、離子是硫酸根離子,用鹽酸酸化的BaCl2溶液檢驗(yàn)。 答案:(1)CO+PbSO4===PbCO3+SO (2)Na2SO410H2O(或Na2SO4) (3)3Pb+8H++2NO===3Pb2++2NO↑+4H2O HNO3 (4)4PbSO4+6NaOH===3Na2SO4+3PbOPbSO4H2O+2H2O (5)取少量最后一次的洗滌液于試管中,向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液,若不產(chǎn)生白色沉淀,則表明已洗滌完全 4.(2018蘇錫常鎮(zhèn)一調(diào))以菱錳礦(主要成分MnCO3,還含有FeCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgCO3等雜質(zhì))為原料制備二氧化錳的工

14、藝流程如下: 已知草酸鈣、草酸鎂不溶于水。 (1)寫出“氧化”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:____________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)“中和”的目的是將鐵、鋁元素轉(zhuǎn)化為沉淀除去,化合物X可用______________(寫一種物質(zhì)的化學(xué)式)。 (3)該工藝流程中固體1和固體2均需用水洗滌,目的是________________________。 (4)“除雜”時(shí),除去的金屬離子有___________

15、___。 (5)“電解”原理如圖所示,陽極的電極反應(yīng)式為____________________。 (6)該流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有____________________________________。 解析:(1)酸浸后溶液中含有亞鐵離子,能被二氧化錳氧化,則“氧化”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O。(2)“中和”的目的是將鐵、鋁元素轉(zhuǎn)化為沉淀除去,由于不能再引入新雜質(zhì),則化合物X可用MnCO3。(3)過濾得到的沉淀表面含有雜質(zhì)離子,因此該工藝流程中固體1和固體2均需用水洗滌濾渣,洗出液用于酸浸工序,提高錳的回收率。(4

16、)已知草酸鈣、草酸鎂不溶于水,則“除雜”時(shí),除去的金屬離子有Ca2+、Mg2+。(5)陽極錳離子失去電子轉(zhuǎn)化為二氧化錳,則陽極的電極反應(yīng)式為 Mn2++2H2O-2e-===MnO2+4H+。(6)硫酸錳電解生成二氧化錳和硫酸,則該流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有H2SO4、MnO2。 答案:(1)MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O (2)MnCO3(或CaCO3等) (3)用水洗滌濾渣,洗出液用于酸浸工序,提高錳的回收率(或用水洗滌濾渣,洗出液循環(huán)利用,提高錳的回收率等) (4)Ca2+、Mg2+ (5)Mn2++2H2O-2e-===MnO2+4H+

17、(6)H2SO4、MnO2 5.(2018南京、鹽城二模)聚合硫酸鐵鋁、聚合氯化鋁是高效水處理劑。以廢鐵屑、廢鋁質(zhì)易拉罐及硫酸為原料,制備聚合硫酸鐵鋁的工藝流程如下: (1)為提高反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ金屬元素的浸出率,可以采取的措施有_______________________。 (2)反應(yīng)Ⅲ中FeSO4轉(zhuǎn)化為Fe2(SO4)3的化學(xué)方程式為________________________。 (3)反應(yīng)Ⅲ的溫度應(yīng)控制在50~70 ℃為宜,原因是____________________________。反應(yīng)Ⅲ過程中往往加入少量硝酸鋁,其作用如圖1所示,轉(zhuǎn)化①的離子方程式為__________

18、______________________________________________________________。 (4)寫出Fe2(SO4)3水解生成Fe2(OH)n(SO4)3-的離子方程式:____________________。 (5)利用圖2所示電解裝置可制備凈水劑聚合氯化鋁。實(shí)際生產(chǎn)中,陽極附近因?yàn)楦狈磻?yīng)可能產(chǎn)生的氣體有________。 解析:(1)為提高反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ金屬元素的浸出率,可以采取的措施有適當(dāng)提高硫酸濃度、適當(dāng)提高反應(yīng)溫度、將廢鐵屑、廢鋁質(zhì)易拉罐粉碎或攪拌等。 (2)反應(yīng)Ⅲ向FeSO4中加入硫酸并通入氧氣,轉(zhuǎn)化為Fe2(SO4)3的化學(xué)方程式為

19、4FeSO4+O2+2H2SO4===2Fe2(SO4)3+2H2O。 (3)反應(yīng)Ⅲ的溫度應(yīng)控制在50~70 ℃為宜,原因是溫度過低,反應(yīng)速率太慢;溫度過高,金屬離子水解趨勢(shì)增強(qiáng),易形成沉淀,影響產(chǎn)品的質(zhì)量。反應(yīng)Ⅲ過程中往往加入少量硝酸鋁;Fe2+在H+、NO作用下被氧化轉(zhuǎn)化為Fe3+,則轉(zhuǎn)化①的離子方程式為3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O。 (5)實(shí)際生產(chǎn)中,陽極附近由于溶液中的Cl-和OH-放電發(fā)生副反應(yīng)可能產(chǎn)生的氣體為Cl2、O2。 答案:(1)適當(dāng)提高硫酸濃度;適當(dāng)提高反應(yīng)溫度等 (2)4FeSO4+O2+2H2SO4===2Fe2(SO4)3+2H2

20、O (3)溫度過低,反應(yīng)速率太慢;溫度過高,金屬離子水解趨勢(shì)增強(qiáng),易形成沉淀,影響產(chǎn)品的質(zhì)量 3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O (4)2Fe3++SO+nH2OFe2(OH)n(SO4)3-+nH+ (5)Cl2、O2 6.(2018蘇北四市一模)沉淀碳酸鈣主要用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)。以精選石灰石(含有少量MgCO3、FeCO3雜質(zhì))為原料制備沉淀碳酸鈣的工藝流程如下: (1)流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)有氣體Ⅰ、氣體Ⅱ和__________(填化學(xué)式)。 (2)“碳化”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________________________

21、__________,該過程中通入氣體Ⅰ和氣體Ⅱ的順序是____________。 (3)工業(yè)上常用電解氯化鈉和氯化鈣熔融物來制備金屬鈉,原理如圖所示: ①電解過程中,加入氯化鈣的目的是________________。 ②石墨電極發(fā)生的電極反應(yīng)方程式為________________________________________。 ③電解得到的Na中約含1%的Ca,除去其中少量Ca的方法為________________。 已知部分物質(zhì)的熔沸點(diǎn)如下表: 物質(zhì) 熔點(diǎn)(K) 沸點(diǎn)(K) Na 370 1 156 Ca 1 123 1 757 解析:精選石灰

22、石煅燒得到氧化鎂、氧化亞鐵、氧化鈣和氣體Ⅰ二氧化碳,固體加入氯化銨溶液浸取后用雙氧水氧化,確保亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子,再加入氧化鈣調(diào)節(jié)pH,堿性條件下反應(yīng)得到氣體Ⅱ?yàn)榘睔?,并使鐵離子、鎂離子轉(zhuǎn)化為沉淀,過濾,濾渣為氫氧化鐵、氫氧化鎂,過濾后的溶液以氯化鈣為溶質(zhì),先通入足量的氨氣,再通入適量的二氧化碳,得到氯化銨和碳酸鈣,過濾得到濾液為氯化銨,沉淀為碳酸鈣。 (1)該工藝中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是參加反應(yīng),反應(yīng)后又生成的物質(zhì),流程圖分析判斷氣體Ⅰ、氣體Ⅱ分別為二氧化碳和氨氣,可以循環(huán)使用,另外濾液NH4Cl也可以循環(huán)使用。(2)“碳化”時(shí)氯化鈣溶液中通入氨氣和二氧化碳生成碳酸鈣和氯化銨,發(fā)生反應(yīng)的離

23、子方程式為Ca2++CO2+2NH3+H2O===CaCO3↓+2NH,氨氣溶解度大,為保證溶解更多氣體,該過程中先通入氣體Ⅱ,再在堿性溶液中通入氣體Ⅰ。(3)①電解過程中,加入氯化鈣的目的是降低電解質(zhì)的熔融溫度,降低能耗。②鐵為活潑金屬,電解氯化鈉制鈉時(shí)不能作為陽極,故石墨電極為陽極,發(fā)生的電極反應(yīng)方程式為2Cl--2e-===Cl2↑。③電解得到的Na中約含1%的Ca,除去其中少量Ca的方法為控制溫度在1 156~1 757 K間蒸餾。 答案:(1)NH4Cl (2)Ca2++CO2+2NH3+H2O===CaCO3↓+2NH 先通入氣體Ⅱ(或后通氣體Ⅰ) (3)①降低電解質(zhì)的熔融溫度,

24、降低能耗?、?Cl--2e-===Cl2↑ ③控制溫度在1 156~1 757 K間蒸餾 7.以粉煤灰(主要成分為Al2O3和SiO2,還含有少量的FeO、Fe2O3等)為原料制備Al2O3的流程如下: (1)“酸浸”時(shí)需加入過量的稀硫酸,目的是提高浸取率和________;濾渣的主要成分是________。 (2)“氧化”過程中,加入H2O2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________________。 (3)“提純”過程中,當(dāng)加入NaOH溶液達(dá)到沉淀量最大時(shí),溶液中c(SO)∶c(Na+)=________。 (4)已知Ksp[Fe(OH)3]=110-39?!疤峒儭边^程

25、中,當(dāng)c(Fe3+)<10-6 molL-1時(shí),溶液中c(OH-)>____________molL-1。 (5)“沉淀”過程中,通入過量CO2時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________。 解析:(1)根據(jù)粉煤灰含有成分,加入硫酸發(fā)生的反應(yīng)是Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,F(xiàn)eO+2H+===Fe2++H2O,F(xiàn)e2O3+6H+===2Fe3++3H2O,加入過量硫酸的目的可以提高浸取率和抑制Al3+的水解,SiO2不溶于水,也不溶于酸,因此濾渣是SiO2。(2)過氧化氫具有強(qiáng)氧化性,能把Fe2+氧化成Fe3+,離子反應(yīng)方程式為H2O2+2Fe2++2H+===2F

26、e3++2H2O。(3)加入NaOH溶液,達(dá)到沉淀量最大,發(fā)生Al3++3OH-===Al(OH)3↓,F(xiàn)e3++3OH-===Fe(OH)3↓,此時(shí)溶液中溶質(zhì)為Na2SO4,即c(SO)∶c(Na+)=1∶2。(4)根據(jù)Ksp=c(Fe3+)c3(OH-),因?yàn)閏(Fe3+)<10-6 molL-1,c(OH-)>10-11molL-1。(5)利用碳酸的酸性強(qiáng)于偏鋁酸,因此有NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3。 答案:(1)抑制Al3+水解(或?yàn)楹罄m(xù)反應(yīng)提供H+) SiO2 (2)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O (3)1∶2 (

27、4)110-11 (5)NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3 8.(2018蘇州一模)實(shí)驗(yàn)室用硼鎂泥為原料制取MgSO47H2O粗產(chǎn)品的過程如下: 硼鎂泥的主要成分如下表: MgO SiO2 FeO、Fe2O3 CaO Al2O3 B2O3 30%~40% 20%~25% 5%~15% 2%~3% 1%~2% 1%~2% (1)“酸解”時(shí)為提高M(jìn)g2+的浸出率,可采用的措施是________________________(寫一種)。所加酸不宜過量太多的原因是______________________________

28、___。 (2)“氧化”步驟中,若用H2O2代替Ca(ClO)2,則發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________。實(shí)際未使用H2O2,除H2O2成本高外,還可能的原因是______________________________ ________________________。 (3)“調(diào)pH”時(shí)用MgO而不用NaOH溶液的原因是__________________________。 (4)結(jié)合附表信息,由MgSO47H2O粗產(chǎn)品(含少量CaSO4)提純獲取MgSO47H2O的實(shí)驗(yàn)方案如下:將粗產(chǎn)品溶于水,________________,室溫下自然揮發(fā)干燥。(實(shí)驗(yàn)中必須使用的試劑有

29、:飽和MgSO4溶液,乙醇) 附:兩種鹽的溶解度(g/100 g水) 溫度/℃ 10 30 40 50 CaSO4 0.19 0.21 0.21 0.20 MgSO47H2O 30.9 35.5 40.8 45.6 解析:(1)“酸解”時(shí)為提高M(jìn)g2+的浸出率,可采用:硼鎂泥粉碎、加熱、攪拌、提高酸液濃度等措施;在后續(xù)操作中要加入MgO以調(diào)節(jié)溶液的pH,所加酸不宜過量太多的原因是避免調(diào)pH時(shí)消耗過多的MgO;(2)“氧化”步驟主要是將Fe2+氧化,若用H2O2代替Ca(ClO),離子方程式為H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O,實(shí)際未使用H2O2,除H2O2成本高外,還因?yàn)镠2O2不穩(wěn)定易分解或Fe3+等金屬離子會(huì)催化H2O2的分解;(3)“調(diào)pH”時(shí)用MgO而不用NaOH溶液,是避免引入新的雜質(zhì)或防止加入的NaOH引入Na+雜質(zhì)。 答案:(1)加熱(或攪拌、提高酸液濃度等) 避免調(diào)pH時(shí)消耗過多的MgO (2)H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O H2O2不穩(wěn)定易分解或Fe3+等金屬離子會(huì)催化H2O2的分解 (3)防止加入的NaOH引入Na+雜質(zhì) (4)加熱濃縮,趁熱過濾;將濾液冷卻結(jié)晶,過濾,用飽和MgSO4溶液洗滌,再用乙醇洗滌 10

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