1、化学工艺流程PART 02考向1以非金属元素为主角化学工艺流程试题是全国卷的必考题型。化学工艺流程题就是把化工生产过程中的重要生产工序和主要流程用框图形式表示出来,并围绕生产流程中涉及的有关化学知识和原理设置问题,形成与化工生产紧密联系的化学工艺试题。题中涉及的非金属元素从常见的氯、硅、硫、氮等元素,延伸到硼、砷等元素。解题时抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务的。首先要明确原料和产品(包括副产品),即箭头进出方向,其次依据流程图分析反应原理,紧扣信息,搞清流程中每一步发生了什么反应知其然,弄清有关反应原理,明确目的(如沉淀反应、除杂、分离)知其所以然,最后联系储存的知识,有效地
2、利用信息,结合成本(原料是否廉价易得)、环保(是否符合绿色化学的要求)、现实等角度思考,准确表述和工整书写。例1(2019年全国卷,26)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:回答下列问题:(1)在95 “溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为 。 (2)“滤渣1”的主要成分有 。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是。 (3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2O H+B(OH,Ka=5.
3、8110-10,可判断H3BO3是酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是 。 (4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2MgCO3沉淀的离子方程式为,母液经加热后可返回工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是 。 NH4HCO3+NH3 (NH4)2CO3SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN一元弱转化为H3BO3,促进析出 溶浸高温焙烧1.(2020年安徽省皖江联盟高三联考)碲(52Te)被誉为“国防与尖端技术的维生素”。工业上常用铜阳极泥(主要成分是Cu2Te,含Ag、Au等杂质)为原料提取碲并回收金属,其工艺流程如图:已知:TeO2微溶于水,易与较浓的强酸、强碱反应。回答
4、下列问题:(1)已知Te为第A族元素,TeO2被浓NaOH溶液溶解,所生成盐的化学式为。 (2)“酸浸1”过程中,为加快浸出速率,可采取的方法有(填1种)。“酸浸2”时温度过高会使Te的浸出率降低,原因是_ _ _。 (3)“酸浸1”过程中,控制溶液的酸度使Cu2Te转化为TeO2,反应的化学方程式为;“还原”过程中,发生反应的离子方程式为 。 Na2TeO3升高温度、增大压强、加快搅拌速度温度过高会使浓盐酸挥发而降低盐酸的浓度,使Te的浸出率降低(4)工业上也可用电解法从铜阳极泥中提取碲,方法是将铜阳极泥在空气中焙烧使碲转化为TeO2,再用NaOH溶液碱浸,以石墨为电极电解所得溶液获得Te。
5、电解过程中阴极上的电极反应式为 。在阳极区溶液中检验出有TeO42-存在,生成TeO42-的原因是 。 (5)常温下,向1 molL-1 Na2TeO3溶液中滴加盐酸,当溶液pH=5时,c(TeO32-)c(H2TeO3)=。(已知:H2TeO3的Ka1=1.010-3,Ka2=2.010-8) 152.(2020年山东省德州市高三模拟)目前中药在世界医学界越来越受到关注。中药药剂砒霜(主要成分为As2O3)可用于治疗急性白血病。工业上利用酸性高浓度含砷废水砷主要以亚砷酸(H3AsO3)形式存在提取As2O3的工艺流程如下:已知:As2S3与过量的S2-存在反应As2S3(s)+3S2-(aq
6、) 2AsS33-(aq)。回答下列问题:(1)H3AsO3是一种两性偏酸性的化合物,该化合物中As元素的化合价为。 (2)“沉砷”中FeSO4的作用是_.(3)“焙烧”过程产生的气体A的化学式为,检验该气体常用的试剂为。 (4)调节pH=0时,发现酸性越强,As2O3的产率越高。可能的原因是_._获得As2O3固体的系列操作是、。 (5)残留废渣中的少量砒霜(As2O3)可以用双氧水氧化成H3AsO4而除去,该反应的化学方程式为。 +3SO2品红溶液过滤洗涤干燥解析：解析：酸性高浓度含砷废水中加入硫化钠、硫酸亚铁,发生反应产生As2S3和FeS,其中硫酸亚铁可除去过量的S2-,过滤得到的滤渣
7、中含有As2S3和FeS,焙烧滤渣,可生成As2O3、Fe2O3,向其中加入NaOH溶液生成Na3AsO3,Na3AsO3被氧化成Na3AsO4,生成的气体A为SO2,SO2与Na3AsO4在酸性条件下发生氧化还原反应生成As2O3。(3)滤渣中含有As2S3和FeS,焙烧滤渣,As、Fe转化为As2O3、Fe2O3,S元素转化为SO2气体,所以“焙烧”过程产生的气体A的化学式为SO2;SO2气体具有漂白性,可使品红溶液褪色,所以检验该气体常用的试剂为品红溶液。(4)调节pH=0时,由Na3AsO4与净化的SO2气体反应制备As2O3的离子方程式为2AsO43-+2SO2+2H+ As2O3+
8、2SO42-+H2O,溶液酸性越强,溶液中c(H+)越大,化学平衡正向移动,有利于提高As2O3的产率,且溶液酸性越强,微粒的还原性、氧化性也会越强,使反应更容易进行。3.(2020年6月河南省三模)熔盐级硝酸钠大量应用于太阳能储热介质,一种以工业纯碱(纯度为98%,杂质为NaCl)和生产硝酸产生的NO废气(含NO、NO2)为原料分离亚硝酸钠并制取熔盐级硝酸钠的工艺流程如图所示。回答下列问题:(1)纯碱“吸收”NO、NO2,发生主要反应的化学方程式为 。“中和液”所含溶质除NaCl及少量Na2CO3外,还有(填化学式)。 (2)向母液A中加入稀硝酸,生成物中有NO,写出“转化”时加入稀硝酸反应
9、的离子方程式:。 (3)“洗涤”时可以使用母液(填“A”或“B”),晶体“纯化”的方法为(填操作名称)。 (4)“步骤3”需要高温分离NaCl固体,原因是,母液D可返回步骤_(填“2”或“3”)循环使用。 (5)若得到NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比为21,假定Na2CO3恰好完全反应,则生产1.38 t NaNO2时,工业纯碱的理论用量为t(保留3位有效数字)。 NaNO2、NaNO3B重结晶防止NaNO3的析出31.62解析：解析：根据工艺流程图,用纯碱溶液吸收氮氧化合物,反应生成CO2和NaNO2,中和后得到的中和液经步骤1得到NaNO2晶体和含有NaNO2的母液A,加入稀硝
10、酸并通入空气进行转化得到NO和NaNO3,再加入适量的纯碱中和稀硝酸,经步骤2得到含有NaNO3的母液B和NaNO3晶体,母液B经高温分离出NaCl和热母液C,再经步骤4得到含NaNO3的冷母液D和NaNO3晶体,最终经洗涤、纯化得到熔盐级硝酸钠。(1)根据上述分析,用纯碱溶液吸收氮氧化合物,发生反应生成CO2和NaNO2,反应的化学方程式为Na2CO3+NO+NO2 2NaNO2+CO2;“中和液”所含溶质除NaCl及少量Na2CO3外,还含有生成的NaNO2及NaNO3。(2)“转化”过程中,含有NaNO2的母液A与加入的稀硝酸反应生成NO和NaNO3,反应的离子方程式为3NO22-+2H
11、+ NO33-+2NO+H2O。考向2以金属元素为主角化学工艺流程是将化工生产过程中主要生产阶段以流程框图形式呈现出来,涉及的知识包含元素及其化合物的性质,物质的制备、分离、提纯等化学问题。无机化工流程题拓展了高考考查空间,将紧密联系一些考查角度:(1)考查元素:从常见元素逐步扩展到一些热点元素,如Pb、Ga、Ge、V、Cr、Mo、W等。(2)化学原理:涉及的化学原理主要有氧化还原反应、离子反应、难溶物转化、化学反应速率的影响因素等。(3)实验操作:主要涉及混合物的分离,如过滤、结晶、分液、萃取等重要物理操作;产品中杂质离子的检验、验证沉淀是否洗涤干净等。(4)计算角度:联系原料纯度(质量分数
12、)、转化率、损失率、产率等计算产品质量,尤其是用三种滴定操作(沉淀滴定、酸碱中和滴定、氧化还原反应滴定)来测定样品中某元素的含量或产品纯度。 例2(2020年山东新高考卷,16)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下:已知:MnO2是一种两性氧化物;25 时相关物质的Ksp见下表。物质Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Ksp110-16.3110-38.6110-32.3110-12.7回答下列问题:(1)软锰矿预先粉碎的目的是,MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为。 (2)保持BaS投料量不变,
13、随MnO2与BaS投料比增大,S的量达到最大值后无明显变化,而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小,减小的原因是。 增大接触面积,充分反应,提高反应速率过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2(3)滤液可循环使用,应当将其导入操作中(填操作单元的名称)。 (4)净化时需先加入的试剂X为(填化学式),再使用氨水调溶液的pH,则pH的理论最小值为(当溶液中某离子浓度c1.010-5 molL-1时,可认为该离子沉淀完全)。 (5)碳化过程中发生反应的离子方程式为 蒸发H2O24.9解析：解析：本题主要考查制备MnCO3的工艺流程,考查学生对元素化合物的理解能力和综合运用能力。(1)软锰矿预先粉碎可
14、以增大反应物的接触面积,使反应更充分,提高反应速率;酸解后再过滤得到硫黄,根据后续流程可知产物还有Ba(OH)2,结合元素守恒可得化学方程式为MnO2+BaS+H2O Ba(OH)2+MnO+S。(2)MnO2为两性氧化物,当MnO2过量时,其会与产生的Ba(OH)2发生反应。(3)滤液为结晶后剩余的Ba(OH)2饱和溶液,所以应导入蒸发操作中循环使用。1.(2020年5月江西省南昌二中高三模拟)一种以辉铜矿(主要成分为Cu2S,含少量SiO2)为原料制备硝酸铜晶体的工艺流程如图所示:(1)写出“浸取”过程中Cu2S溶解时发生反应的离子方程式:。(2)恒温“浸取”的过程中发现铜元素的浸取速率先
15、增大后减小,有研究指出CuCl2是该反应的催化剂,该过程的反应原理可用化学方程式表示为Cu2S+2CuCl2 4CuCl+S;。 (3)向滤液M中加入(或通入)(填字母),所得物质可循环利用。 A.铁B.氯气C.高锰酸钾D.氯化氢BCuCl+FeCl3CuCl2+FeCl2(4)“保温除铁”过程中,加入CuO的目的是；向浓缩池中加入适量HNO3的作用是。操作1是。 (5)某探究性小组的研究成果如图所示,可以用废铜屑和黄铜矿来富集Cu2S。通入的硫化氢的作用是,当转移0.2 mol电子时,生成Cu2Smol。 调节溶液的pH,使铁完全转化为Fe(OH)3沉淀抑制Cu2+的水解冷却(降温)结晶催化
16、剂0.2 【解析】【解析】(1)浸取过程中Fe3+将Cu2S氧化成Cu2+和硫单质,本身被还原为Fe2+,根据得失电子守恒和元素守恒可得其离子方程式为Cu2S+4Fe3+ 2Cu2+4Fe2+S。(2)根据CuCl2是该反应的催化剂可知,最终产物为CuCl2,可得反应为三氯化铁将氯化亚铜氧化为氯化铜。(3)M中的主要物质为氯化亚铁,通入氯气可生成氯化铁,实现循环使用。(4)“保温除铁”过程要除去Fe3+,故需要加入氧化铜来调节pH,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀;Cu2+会水解,故在蒸发浓缩、冷却结晶过程中需要加入硝酸来抑制其水解。(5)从图中可知,反应前后硫化氢的质量和性质没有发生改变,故硫化
17、氢为催化剂;在该转化中Cu被氧化成Cu2S,化合价升高为+1,CuFeS2被还原成Cu2S,化合价降低为-1,根据得失电子守恒,当转移0.2 mol电子时,生成0.2 mol Cu2S。2.(2020年5月河南省名师联盟高三联考)高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。如图是在实验室中制备KMnO4晶体的流程:回答下列问题:(1)在实验流程中,操作和均需在坩埚中进行,根据实验实际应选择(填字母)。 A.铁坩埚 B.石英坩埚C.瓷坩埚 D.氧化铝坩埚(2)“熔融物”中KClO3应过量的原因除了提高MnO2利用率外,还有。 (3)操作是使K2MnO4转化为KMnO4和MnO2,该转化过程中发生反应
18、的离子方程式为。若溶液碱性过强,则MnO4-又会转化为MnO42-,同时产生无色气体,该转化过程中发生反应的离子方程式为。 AKClO3会分解(4)还可采用电解K2MnO4溶液(绿色)的方法制备KMnO4(装置如图所示)。电解过程中右侧石墨电极的电极反应式为。 随着电解的进行,溶液逐渐由绿色变为紫色。但若电解时间过长,溶液颜色又会转变成绿色,可能的原因是。为避免产生该现象,请提出改进装置的措施:。 在两电极之间增加阳离子交换膜,阴极室用氢氧化钾溶液,阳极室用锰酸钾溶液 【解析】【解析】3.(2020年6月山东省威海市高三二模)Ni(OH)2可作为合成镍钴锰三元电极材料的原料,工业上可用红土镍矿
19、(主要成分为NiO、FeO、Fe2O3、MgO和SiO2)制备,工艺流程如图所示。回答下列问题:(1)“滤渣1”的成分为(写化学式)。 (2)“除铁”中,加入NaClO的目的是,为了证明加入的NaClO已足量,可选择的试剂是(填字母)。 A.KSCN溶液、氯水 B.K3Fe(CN)6 溶液 C.NaOH溶液 (3)已知“滤渣2”的成分为黄钠铁矾,其化学式为NaFe3(SO4)2(OH)6,则“除铁”中“Na2CO3/”条件下生成滤渣2的离子方程式为 。SiO2将Fe2+氧化成Fe3+B(4)“除镁”中,若溶液pH过小,Mg2+沉淀不完全,原因是。 (5)“沉镍”的离子方程式为。 (6)以镍钴锰
20、三元材料(可简写为Li1-nMO2)为一极电极材料的新型锂电池工作原理如图所示,放电时总反应为Li1-nMO2+LinC6 LiMO2+6C,则充电时b极的电极反应式为。F-与H+结合形成弱电解质HF,使MgF2 Mg2+2F-平衡向右移动 (1)滤渣1的成分为不溶于稀硫酸的SiO2。(2)加入NaClO可以将Fe2+氧化成Fe3+。当NaClO足量时,溶液中Fe元素以Fe3+的形式存在,不含Fe2+,所以只要证明溶液中没有Fe2+就可以说明NaClO足量。由于溶液中存在Fe3+,所以滴加KSCN溶液,溶液会显红色,再加氯水没有明显变化,无法检验Fe2+,故A项不符合题意;Fe2+可以和K3F
21、e(CN)6溶液反应生成蓝色沉淀,故B项符合题意;加NaOH溶液会产生Fe(OH)3沉淀,即便有Fe2+,产生的Fe(OH)2沉淀也会被迅速氧化,而且Fe(OH)3沉淀的颜色会覆盖掉Fe(OH)2的颜色,所以无法通过NaOH溶液判断是否有Fe2+,故C项不符合题意。 【解析】【解析】能力1化学工艺流程图审题1.流程图的结构特点(1)首尾主线分析:原料中间转化物质目标产物。跟踪主要物质(元素)的转化形式,尤其要注意原料中的“杂质”在流程中是如何转化直到被除去,分析每一步骤的目的以及所发生的化学反应,由此书写正确的化学方程式。(2)依据“题给信息和题中设问”来带动流程中各步骤的细致审题。审题过程以
22、2018年全国卷为例说明。一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示。2.原料的处理操作与目的操作目的固体原料进行“粉碎”:减小颗粒直径,增大浸取时的反应速率,提高浸取率酸(或碱)浸:原料经酸(或碱)浸后转变成可溶物进入溶液中,以达到与难溶物分离的目的。如用稀硫酸,可以把大多数金属氧化物转变成可溶性的硫酸盐用碱性溶液溶解氧化铝、吸收酸性气体(如SO2用Na2CO3或NaOH溶液吸收)等灼烧(焙烧):除硫(如高温下,原料FeS2与空气中的氧气反应生成氧化铁和二氧化硫)、除碳等;除去有机物:通过高温燃烧除去有机物(如蛋白质燃烧);通过高温使盐
23、分解,得到金属氧化物等高分答题设问答题如何提高“浸出率”?(1)将矿石粉碎;(2)适当加热从而加快反应速率;(3)充分搅拌;(4)适当提高浸取液的浓度等如何分析“浸出率”图表,解释“浸出率”高低变化的原因?“浸出率”升高一般是反应 ,反应速率 ;但当“浸出率”达到最大值后,温度升高“浸出率”反而下降,原因一般是反应试剂的分解或挥发。选择达到一定较高“浸出率”的 (注意:一般不止一个答案) 酸浸剂的用量为何不能太大?防止后续步骤中残留的酸消耗过多的碱铅废渣(主要含PbSO4、 PbCl2、 SiO2)中加入NaCl和CaCl2混合溶液浸出的原理是什么?加入CaCl2 、NaCl溶液,“浸出”过程
24、发生反应:PbSO4(s)+2Cl-(aq) PbCl2(s)+SO42-(aq)PbCl2(s)+2Cl-(aq) PbCl42-(aq)铅废渣“浸出”后,“浸出渣”的主要成分是CaSO4和SiO2温度升高加快时间及温度3.物质的转化与分离操作与目的操作目的加入氧化剂:(1)转变某种金属离子的 ,再通过调节溶液pH,使金属离子以 的形式沉淀出来,以达到除去杂质的目的(如Fe2+ Fe3+ Fe(OH)3) (2)为生成目标产物的价态而加入氧化剂(如在碱性条件下,加入过氧化氢把Cr3+氧化成Cr)(3)使某种或几种金属离子转化为氢氧化物沉淀,而目标离子不生成沉淀,以达到分离的目的。常利用题给金
25、属离子开始沉淀和完全沉淀的pH信息表,选择pH范围,使杂质离子以 的形式沉淀出来 (4)抑制盐类水解(5)金属离子的萃取率与溶液的pH密切相关调节溶液pH常用试剂:(1)稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金属氧化物、酸性气体(二氧化硫)等(2)氢氧化钠、氨水、碳酸钠等价态氢氧化物氢氧化物物质转化:(1)利用氧化还原反应、沉淀反应等来除去杂质,生成产物(2)要分析每一步骤中所发生的化学反应,跟踪反应前后物质的变化,写出化学方程式(或离子方程式)(3)确定循环物质沉淀后的过滤是为了分离物质。要跟踪滤渣和滤液中各有什么物质常见的沉淀剂:(1)生成硫化物沉淀(如加入硫化钠、硫化铵等)(2)加入可溶
26、性碳酸盐(或碳酸的酸式盐),生成碳酸盐沉淀(3)加入氟化钠,除去钙离子(注意:溶液的酸性不能太强,否则会降低F-的浓度)蒸发与结晶方法:(1)晶体不带结晶水(如NaCl):蒸发结晶。(2)晶体带结晶水,如胆矾等:将滤液 。 (3)要得到溶解度受温度影响小的溶质,如除去NaCl中少量的KNO3: 。 (4)要得到溶解度受温度影响大的溶质,如除去KNO3中少量的NaCl: 、洗涤、干燥。 晶体的洗涤用乙醇等有机溶剂,洗涤晶体的目的:可以除去晶体表面可溶性的杂质和水分,减少晶体溶解损耗,利用乙醇的易挥发性,有利于晶体的干燥蒸发浓缩、冷却结晶、过滤蒸发浓缩结晶、趁热过滤蒸发浓缩、冷却结晶、过滤答题模板
27、设问答题如何判断沉淀已经完全?取上层清液,继续加沉淀剂(注意先酸化),如无沉淀,说明沉淀已经完全沉淀如何洗涤?加水至浸没沉淀,待水自然流下,重复以上操作23次如何检验沉淀是否洗涤干净?取少许最后一次洗涤液于试管中,加入酸酸化,再滴加沉淀剂,若无沉淀生成,说明已洗净如何测定溶液的pH?(1)用pH计测定溶液的pH(2)用pH试纸测定溶液的pH:将一小块pH试纸放在洁净干燥的表面皿上,用洁净的玻璃棒蘸取少量待测液点在pH试纸的中部,待试纸变色后再与标准比色卡对照读数如何除去Mn2+溶液中含有的Fe2+?已知Fe(OH)3、Fe(OH)2、Mn(OH)2开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表:物质开始沉淀
28、沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH至 。 3.78.3除去Cu2+中混有的Fe3+需调节溶液的pH至3.7。可用什么物质来调节溶液的pH?可加入CuO或Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等来调节溶液的pHAl3+、Co2+萃取率与pH 的关系如图:萃取分离钴、铝的实验操作:向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH=34,分液可得CoSO4溶液, ,可得Al2(SO4)3溶液 提示根据图像,当pH在0.5左右时,Al3+的萃取率急剧减小,因此继续向萃取分液后的有机相中加稀硫酸,调pH至0.5以下
29、(或1以下),然后分液,可得Al2(SO4)3溶液继续向萃取分液后的有机相中加稀硫酸,调pH至0.5以下(或1以下),然后分液 有机萃取剂A、B中,pH对Co2+、Mn2+萃取率的影响如图:为了除去Mn2+,应选择萃取剂 (填“A”或“B”)。 提示据图可知,萃取剂同为B时,Mn2+的萃取率高,Co2+的萃取率低,而加入萃取剂的目的是除去Mn2+萃取与分液操作要注意的事项:(1)选用合适的萃取剂(如四氯化碳、金属萃取剂);(2)萃取后,静置、分液将分液漏斗 与分液漏斗口的 对准。下层液体从下口放出,上层液体从上口倒出 B玻璃塞的凹槽小孔如何在Na2SO4溶液中得到Na2SO4晶体?为什么Na2
30、SO4晶体用乙醇洗涤,而不用水洗涤?下图是Na2SO4和Na2SO410H2O的溶解度曲线(g/100 g水)(1)由图可知:Na2SO410H2O的溶解度随温度升高而 ,Na2SO4的溶解度随温度升高而 。而欲得到Na2SO4晶体,应采取: ; (2)Na2SO4在乙醇中难溶解,所以用乙醇洗涤Na2SO4晶体,而不用水,目的是。 增大降低蒸发结晶,趁热过滤既能防止Na2SO4和水作用生成结晶水合物Na2SO410H2O,又能防止Na2SO4因溶于水而损耗MgSO4、CaSO4的溶解度如下表。根据此表数据,将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去,操作步骤为 、 。 蒸发结晶趁热过滤
31、温度/20506070MgSO425.033.435.636.9CaSO40.2100.2070.2010.193提示温度越高,硫酸镁的溶解度越大、硫酸钙的溶解度越小,因此可以采用蒸发结晶、趁热过滤的方法除去硫酸钙能力2化学方程式(或离子方程式)的书写1.非氧化还原反应方程式的书写举例化学方程式(或离子方程式)的书写已知:2CrO42-+2H+ Cr2 O72-+H2O,pH小于5时几乎均以Cr2 O72-形式存在,pH大于8.5时几乎均以CrO42-形式存在。在Na2CrO4中通入过量的二氧化碳气体,写出发生反应的化学方程式: 。金属离子M2+与HC反应生成碳酸盐MCO3沉淀、CO2气体和水
32、。Fe2+2HCO32- 。二价离子M2+主要有Fe2+、Mn2+、Ni2+、Co2+等2Na2CrO4+2CO2+H2O Na2Cr2O7+2NaHCO3FeCO3+CO2+H2O金属离子M3+与HC反应生成M(OH)3沉淀和CO2气体。三价离子M3+主要有Al3+、Fe3+等Al3+3HCO3- 。Fe3+3HCO3- 。Al(OH)3+3CO2Fe(OH)3+3CO2金属离子M2+与HC反应生成碱式碳酸盐M2(OH)2CO3沉淀或带结晶水的碱式碳酸盐沉淀。二价离子M2+主要有Cu2+、Zn2+等。如Zn2+与HC反应生成ZnCO32Zn(OH)2H2O和CO2气体: 3Zn2+6HC O
33、3- 。ZnCO32Zn(OH)2H2O+5CO2 跟踪演练11.在硫酸铝溶液中加入碳酸钠,写出反应的离子方程式:_。2.将PbCrO4加入足量硝酸中,生成Cr2O72-,反应的离子方程式为3.含氧化锌的烟灰用NH3H2O和NH4Cl溶液溶浸生成Zn(NH3）42+，写出反应的离子方程式:4.白钨矿(主要成分为CaWO4,还含有二氧化硅、氧化铁等杂质)在1000 C下与纯碱反应生成Na2WO4的化学方程式为5.电镀厂产生的镀铜废水中往往含有一定量的Cr2O72-(已知含+6 价铬的污水会污染环境),处理污水的流程如下:Cr(OH)3的化学性质与 Al(OH)3相似。在生产过程中加入NaOH 溶
34、液时要控制溶液的pH,pH不能过高,是因为 (用离子方程式表示)。 Cr(OH)3+OH- CrO2-+2H2O2.陌生情境的氧化还原反应方程式的书写(1)根据流程图的目的,分析元素化合价变化的方向;(2)根据流程图的转化信息和反应规律预测产物;(3)根据得失电子、溶液的酸碱性,配平化学(或离子)方程式。跟踪演练21.某工艺流程中,在酸性条件下,用过氧化氢来氧化Fe2+, 所发生反应的离子方程式为。产生氮的氧化物,污染空气2.在NaClO3溶液中加入稀盐酸,写出(生成ClO2、Cl2等)发生反应的化学方程式:。 3.写出FeS和MnO2在酸性溶液中反应(有Fe3+、S生成)的离子方程式:4.写
35、出下图中“酸浸”时发生氧化还原反应的化学方程式: 。 5.溶液中的Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化为Mn,该方法可用于检验Mn2+ 。(1)用酸性(NH4)2S2O8溶液检验Mn2+时的实验现象为 。 溶液由无色变为紫红色 (2)该反应的离子方程式为6.工业上可以用FePO4、Li2CO3和H2C2O4作原料,在高温焙烧下制备 LiFePO4,该反应的化学方程式为。能力3物质转化与跟踪1.循环物质的确定2.副产品的判断3.滤渣、滤液成分的确定要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况:(1)反应过程中哪些物质(离子)消失了?(2)所加试剂是否过量或离子间发生化学
36、反应,又产生了哪些新离子?要考虑这些离子间是否会发生反应。能力4图像分析能力典型图像1.浸出过程中时间和液固比对锰的浸出率的影响分别如图甲、图乙所示。则适宜的浸出时间和液固比分别为 、。 60 min32.“酸浸”实验中,镁的浸出率结果如图1所示。由图可知,当镁的浸出率为80%时,所采用的实验条件为 。 100 、3 h5.溶液温度和浸出时间对钴的浸出率影响如图4所示,则浸出过程的最佳条件是。 6.“萃取分离”溶液中钴、锂的萃取率与平衡时溶液pH的关系如图5所示,pH一般选择5左右,理由是 。 75 、30 minpH在5左右时钴、锂的分离效率最高7.已知钼酸钠的溶解度曲线如图6,由钼酸钠溶液
37、获得Na2MoO410H2O的操作为 、 、过滤。 蒸发浓缩冷却至10 以下结晶1.(2020年全国卷,26改编)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备V2O5。1.该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:金属离子Fe3+Fe2+Al3+Mn2+开始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列问题:(1)“酸浸氧化”的目的是把VO+和VO2+氧化成VO2+,写出VO+转化为VO2+,反应的离子方程式:。 (2)“中和沉淀”中,钒水
38、解并沉淀为V2O5xH2O,随滤液可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、 ,以及部分的。 Mn2+Fe3+、Al3+(3)“沉淀转溶”中,V2O5xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣的主要成分是 (4)“调pH”中有沉淀生产,生成沉淀反应的化学方程式是 (5)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是 (6)测定产品中V2O5的纯度:称取a g产品,先用硫酸溶解,得到(VO2)2SO4溶液,再加入b1 mL c1 molL-1(NH4)2Fe(SO4)2溶液(VO2+,+2H+Fe2+ VO2+Fe3+H2O),最后用c2 molL-1 KMnO4溶液滴定过量的(NH4)2F
39、e(SO4)2至终点,消耗KMnO4溶液的体积为b2 mL。已知Mn被还原为Mn2+,假设杂质不参与反应。则产品中V2O5的质量分数是_。(V2O5的摩尔质量:182 gmol-1) Fe(OH)3利用同离子效应,促进NH4VO3尽可能析出完全 (1)VO+转化为VO2+时,钒元素的化合价由+3升至+5,1 mol VO+失去2 mol电子,MnO2被还原为Mn2+,Mn元素的化合价由+4降至+2,1 mol MnO2得到2 mol 电子,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒,VO+转化为VO2+反应的离子方程式为VO+MnO2+2H+ VO2+Mn2+H2O。(2)“中和沉淀”中,钒水解并沉
40、淀为V2O5xH2O,随滤液可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、Mn2+,以及部分的Fe3+、Al3+。(4)“调pH”中有沉淀生成,是NaAlO2与HCl反应生成Al(OH)3沉淀,生成沉淀反应的化学方程式是NaAlO2+HCl+H2O NaCl+Al(OH)3或NaAl(OH)4+HCl NaCl+Al(OH)3+H2O。【解析】【解析】2.(2020年全国卷,27改编)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO47H2O):25 时,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:金
41、属离子Ni2+Al3+Fe3+Fe2+开始沉淀时(c=0.01 molL-1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全时(c=1.010-5 molL-1)的pH8.74.73.29.0回答下列问题:(1)为了提高金属镍废料浸出的速率,在“碱浸”时可采取的措施有适当升高温度;搅拌; 等。 (2)“滤液”中含有的金属离子是。 (3)“转化”中可替代H2O2的物质是。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即 增大氢氧化钠溶液的浓度(或将镍废料研成粉末等)Ni2+、Fe2+、Fe3+O2或空气则“滤液”中可能含有的杂质离子为 。 (4)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp= (列出计算式)。如
42、果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0 molL-1,则“调pH”应控制的pH范围是_。 (5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式:_。 (6)“浓缩结晶”可得到硫酸镍晶体。结晶时,当时,即可停止加热。 Fe3+0.01(107.2-14)2或10-5(108.7-14)23.26.2溶液表面出现晶膜(或溶液中出现晶体) 由工艺流程分析可得,向废镍催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸,可除去油脂,并发生反应2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2、2Al2O3+4NaOH 4NaAlO2+2H2O,将Al及其氧化物溶
43、解,得到的滤液含有NaAlO2,滤饼为Ni、Fe及其氧化物和少量其他不溶性杂质,加稀H2SO4酸浸后得到含有Ni2+、Fe2+、Fe3+的滤液,Fe2+经H2O2氧化为Fe3+后,加入NaOH调节pH使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去,再控制pH浓缩结晶得到硫酸镍晶体。(2)加入稀硫酸酸浸,Ni、Fe及其氧化物溶解,所以“滤液”中含有的金属离子是Ni2+、Fe2+、Fe3+。(3)在“转化”中H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,可用O2或空气替代;若将工艺流程改为先“调pH”后“转化”,会使调pH过滤后的溶液中含有Fe2+,则滤液中可能含有转化生成的Fe3+。【解析】【解析】(5)由
44、题干信息,硫酸镍在强碱中被NaClO氧化得到NiOOH沉淀,即反应中Ni2+被氧化为NiOOH沉淀,ClO-被还原为Cl-,则根据氧化还原反应中得失电子守恒可得离子方程式为2Ni2+ClO-+4OH- 2NiOOH+Cl-+H2O。(6)硫酸镍晶体(NiSO47H2O)受热易分解失去结晶水,则在溶液中出现晶膜(或溶液中出现晶体)时停止加热。3. (2019年全国卷,26改编)用硼镁矿(Mg2B2O5H2O,含Fe2O3杂质)制取硼酸(H3BO3)晶体的流程如下。回答下列问题:(1)沉淀的主要成分为(填化学式)。 (2)写出生成Na2B4O5(OH)48H2O的化学方程式:_。(3)检验H3BO
45、3晶体洗涤干净的操作是 。Mg(OH)2、Fe2O34NaB(OH)4+2CO2+3H2O Na2B4O5(OH)48H2O+2NaHCO3取少许最后一次洗涤液于试管中,滴加硝酸酸化的硝酸银溶液,若无明显现象,说明洗涤干净(4)已知:实验室中利用此原理测定硼酸样品中硼酸的质量分数。准确称取0.3000 g样品于锥形瓶中,加入过量甘油,加热使其充分溶解并冷却,滴入12滴酚酞试液,然后用0.2000 molL-1NaOH标准溶液滴定至终点,消耗NaOH溶液22.00 mL。滴定终点的标志为。 该硼酸样品的纯度为%(保留1位小数)。 (5)电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3的工作原理如图。溶液由
46、无色变为浅红色,且半分钟内不褪色90.9b膜为(填“阴离子”或“阳离子”)交换膜。理论上每生成1 mol H3BO3,两极室共生成L气体(标准状况)。 N室中,进口和出口NaOH溶液的浓度:x%(填“”或“”)y%。 阴离子16.8”(2) “=”或“”)阴极析出铜的质量。 (2)“烧结”时苏打和硒化亚铜反应主要生成Na2SeO3、Cu2O和CO2气体,该反应的化学方程式为 。“烧结”时生成了少部分Na2SeO4,写出“还原”时反应的离子方程式:。 (3)含硒烧结物浸取时,最佳加热方式为,除去的物质为(填化学式)。 (4)把硫酸工业第一步的产物SO2通入Na2SeO3溶液制备硒单质,写出该反应
47、的离子方程式:。 2Cu2Se+2Na2CO3+3O2 2Cu2O+2Na2SeO3+2CO2水浴加热Cu2OCO2的电子式为 , 【解析】【解析】(3)“浸取”时温度为80 ,水浴加热温度稳定,容易控制,所以最佳加热方式为水浴加热;从(2)题的方程式可知,产物中Cu2O难溶于水,“浸取”时除去的物质为Cu2O。4.(2020年福建省宁德市高三质量检测)随着人们对硒的性质深入认识及产品硒的纯度提高,硒的应用范围越来越广。某科学小组以硫铁矿生产硫酸过程中产生的含硒物料(主要含S、Se、Fe2O3、CuO、ZnO、SiO2等)为原料提取硒,设计的流程如下:回答下列问题:(1)“脱硫”时,测得脱硫率
48、随温度的变化如图。随着温度的升高,脱硫率呈上升趋势,其原因是 。最佳温度是。 温度升高,单质硫在煤油中的溶解度增大95 (2)“氧化酸浸”中,Se转化成H2SeO3,该反应的离子方程式为。 (3)采用硫脲(NH2)2CS联合亚硫酸钠进行“控电位还原”,将电位高的物质先还原,电位低的物质保留在溶液中,以达到硒与杂质金属的分离。下表是“氧化酸浸”液中主要粒子的电位。名称Cu2+/CuZn2+/ZnFe2+/FeFe3+/Fe2+ClO2/Cl-H2SeO3/Se电位/V0.345-0.760-0.4400.7701.5110.740控制电位在0.7401.511 V范围内,在氧化酸浸液中添加硫脲,
49、可选择性还原ClO2。该过程的还原反应(半反应)式为。 为使硒和杂质金属分离,用亚硫酸钠还原时的最低电位应控制在V。 (4)粗硒的精制过程:Na2SO3浸出Se转化成硒代硫酸钠(Na2SeSO3) Na2S净化 H2SO4酸化等。净化后的溶液中c(Na2S)达到0.026 molL-1,此时溶液中的c(Cu2+)的最大值为,精硒中基本不含铜。Ksp(CuS)=1.310-36 硒代硫酸钠酸化生成硒的化学方程式为。 ClO2+4H+5e- Cl-+2H2O0.3455.010-35 molL-1Na2SeSO3+H2SO4 Na2SO4+Se+SO2+H2O (2)“氧化酸浸”中,加入了稀硫酸、
50、氯酸钠进行氧化,Se转化成H2SeO3,Cl被还原成ClO2,该反应的离子方程式为4Cl+4H+Se 4ClO2+H2O+H2SeO3。(3)控制电位在0.7401.511 V范围内,在氧化酸浸液中添加硫脲,可选择性还原ClO2,ClO2得电子还被原成Cl-,该过程的还原反应(半反应)式为ClO2+4H+5e- Cl-+2H2O。为使硒和杂质金属分离,确保Cu2+、Zn2+、Fe2+不被还原,用亚硫酸钠还原时的最低电位应控制在0.345 V。【解析】【解析】类题2以金属元素为主角1.(2020年6月四川省成都市高中毕业班第三次诊断)铜矾(主要成分为 CuSO45H2O)是一种可用于食品添加的铜
