1、 大题题型集训(二) 化学工艺流程 (建议用时：35 分钟) (对应学生用书第 170 页) 1(2019 广西名校联考)碳酸锰(MnCO3)是制造电信器材的软磁铁氧体，也用作脱硫的催化剂，瓷釉、 涂料和清漆的颜料。工业上利用软锰矿(主要成分是 MnO2，还含有 Fe2O3、CaCO3、CuO 等杂质)制取碳酸 锰的流程如下图所示： 已知：还原焙烧的主反应为 2MnO2C= 焙烧 2MnOCO2。 可能用到的数据如下： 氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2 Mn(OH)2 开始沉淀 pH 1.5 6.5 4.2 8.3 沉淀完全 pH 3.7 9.7 7.4 9.8 根据要
2、求回答下列问题： (1)在实验室进行步骤 A 操作时，需要用到的主要仪器名称为_。 (2)步骤 C 中得到的滤渣主要成分是 CaSO4和_，步骤 D 中还原剂与氧化剂的物质的量之比为 _。 (3)步骤 E 中调节 pH 的范围为_，其目的是_ _。 (4)步骤 G 发生的离子方程式为_ _， 若 Mn2 沉淀完全时测得溶液中 CO2 3的浓度为 2.2 10 6 mol L1，则 K sp(MnCO3)_。 (5)实验室可以用 Na2S2O8溶液来检验 Mn2 是否完全发生反应，原理为 Mn2S 2O 2 8H2OH SO 2 4 MnO 4 ，确认Mn2 已经完全反应的现象是 _ _。 解析
3、 (2)步骤 C 中得到的滤渣是不溶于水的 Cu 和微溶的 CaSO4， 步骤 D 中加入 MnO2氧化溶液中的 Fe2 ，其中 Mn 从4 价降为2 价，Fe 从2 价升高为3 价，Fe2是还原剂，根据电子守恒，还原剂与氧 化剂的物质的量之比为 21。 (3)由图表可知为了使 Fe3 转化为 Fe(OH) 3而除去，而不影响 Mn 2，步骤 E 中调节 pH 的范围为大于 Fe(OH)3的沉淀的 pH 而小于 Mn2 形成沉淀需要的 pH，即选择条件为 3.7pH8.3(或 3.7pH8.3)。 (4)在含有 Mn2 的溶液中加入 NH 4HCO3生成 MnCO3沉淀，发生反应的离子方程式为
4、 Mn 22HCO 3 =MnCO3CO2H2O， Mn2 沉淀完全时其浓度为 1 105 mol L1， 溶液中 CO2 3的浓度为 2.2 10 6 mol L 1，则 K sp(MnCO3)(1 10 5 mol L1) (2.2 106 mol L1)2.2 1011。 (5)可利用 Na2S2O8溶液与 Mn2 反应生成 MnO 4(紫色)来检验 Mn 2是否存在。 答案 (1)坩埚 (2)Cu 21 (3) 3.7pH8.3(或 3.7pH8.3) 使 Fe3 转化为 Fe(OH) 3而除去，不影 响 Mn2 (4)Mn22HCO 3=MnCO3CO2H2O 2.2 10 11 (
5、5)取少量试样于试管中，滴入 Na 2S2O8 溶液，溶液不变为紫色则 Mn2 已完全反应 2 (2019 上饶六校联考)钼酸钠晶体(Na2MoO4 2H2O)常用于制造阻燃剂和无公害型冷水系统的金属抑制 剂。下图是利用钼精矿(主要成分是 MoS2，含少量 PbS 等)为原料生产钼酸钠晶体的工艺流程图： 根据以上工艺流程图，回答下列问题： (1)提高焙烧效率的方法有_。(写任意一种即可) (2)“焙烧”时 MoS2转化为 MoO3，该反应的化学方程式为_， 氧化产物是_。 (3)“碱浸”时生成 CO2的电子式为_，“碱浸”时含钼化合物发生的主要反应的离子方程式为 _。 (4)若“除重金属离子”
6、时加入的沉淀剂为 Na2S，则废渣成分的化学式为_。 (5)测得“除重金属离子”中部分离子的浓度：c(MoO2 4)0.20 mol L 1，c(SO2 4)0.01 mol L 1。“结晶” 前应先除去 SO2 4，方法是加入 Ba(OH)2固体。假设加入 Ba(OH)2固体后溶液体积不变，当 BaMoO4开始沉 淀时，去除的 SO2 4的质量分数为_%。已知 Ksp(BaSO4)1 10 10，K sp(BaMoO4)2.0 10 8 (6)钼精矿在酸性条件下，加入 NaNO3溶液，也可以制备钼酸钠，同时有 SO2 4生成，该反应的离子方程 式为_ _。 解析 (2)根据工艺流程，焙烧时，
7、通入空气，产生 MoO3和 SO2，即化学方程式为 2MoS27O2= 高温 2MoO34SO2；氧化产物是还原剂被氧化后得到的产物，根据化学反应方程式中 Mo、S 的化合价升高，即 氧化产物是 MoO3、SO2。 (3)根据问题(5)，碱浸时，Mo 元素以 MoO2 4的形式存在，即“碱浸”时含钼化合物发生的主要离子反应 是 MoO3CO2 3=MoO 2 4CO2。 (5)根据溶度积， SO2 4先沉淀出来， BaMoO4开始出现沉淀， 此时溶液中 c(Ba 2)KspBaMoO4 cMoO2 4 2.0 10 8 0.20 1.0 10 7 mol L1，此时溶液中 c(SO2 4)Ks
8、p(BaSO4)/c(Ba 2)1 1010/1.0 107 mol L11.0 103 mol L 1， 令溶液的体积为V L， 去除SO2 4的质量分数为0.01 mol L 10.001 mol L1 V L 96 g mol1 0.01 mol L 1 V L 96 g mol1 100%90%。 (6)MoS2与 NO 3反应，S 和 Mo 的化合价都升高，S 原子被氧化成 SO 2 4，钼元素以 MoO 2 3的形式存在， NO 3中 N 的化合价降低，转化成 NO。 答 案 (1) 粉 碎 固 体 颗 粒 (2)2MoS2 7O2= 高温 2MoO3 4SO2 MoO3、 SO2
9、 (3) MoO3CO2 3=MoO 2 4CO2 (4)PbS (5)90 (6)MoS26NO 3=MoO 2 4 2SO2 46NO 3铬和铬的化合物是重要的化工原料，含铬废液易造成环境污染。以某铬矿石(主要成分是 Cr2O3，含 FeO、SiO2等杂质)为原料生产 Cr2O3的工业流程如图所示： 已知：Cr2O2 7H2O 2CrO2 42H ，K spCr(OH)36.4 10 31，lg 20.3 (1)步骤中为了提高反应速率应该采取的措施有_。(任写 2 种) (2)滤液 1 中的阴离子除 CO2 3外，主要还有_。 (3)步骤发生的反应中 Cr2O2 7和蔗糖(C12H22O1
10、1)的物质的量之比为_。 (4)步骤中为了使 Cr3 完全沉淀此时，c(Cr3)105mol L1，常温下，pH 至少调至_。 (5)氯化铬酰(CrO2Cl2)是红色液体，它可由固体红矾(K2Cr2O7)与 KCl 和浓硫酸在小心加热情况下制得， 写出制备 CrO2Cl2的化学方程式_ _。 (6)钢铁分析中为消除铬对测定锰含量的干扰，利用(5)中反应生成的 CrO2Cl2加热挥发而除去。然后将 气体通入亚硫酸钠溶液吸收。写出吸收过程中的化学方程式 _。 解析 铬矿石(主要成分是 Cr2O3，含 FeO、SiO2等杂质)中加入纯碱和氧气，高温下，SiO2和纯碱反 应生成硅酸钠，FeO 被氧化为
11、氧化铁，根据信息滤液 2 与蔗糖反应生成含 Cr3 的溶液，结合信息 Cr 2O 2 7 H2O2CrO2 42H ，可知滤液 1 中含有 Na 2CrO4、Na2SiO3及过量的碳酸钠，固体 1 为氧化铁。加入硫 酸可使硅酸根离子转化为沉淀，则滤液 2 中含有 Na2Cr2O7、Na2SO4，再与蔗糖、尿素反应后，滤液 3 中的 主要的溶质为(NH4)2SO4、Na2SO4。(2)滤液 1 中含有 Na2CrO4、Na2SiO3及过量的碳酸钠，则滤液 1 中的阴 离子除 CO2 3外，主要还有 CrO 2 4、SiO 2 3。(3)Cr2O 2 7和蔗糖(C12H22O11)的反应中 Cr
12、的化合价由6 降为3， C 由 0 价升高到4 价， 根据得失电子守恒： 6n(Cr2O2 7)48n(C12H22O11)， 则 n(Cr2O 2 7)n(C12H22O11)81。 (4)为了使 Cr3 完全沉淀此时，c(Cr3)105 mol L1，根据 K spCr(OH)3c(Cr 3) c3(OH)6.4 1031， c(OH )4 109mol L1，则 c(H)1014/(4 109)mol L10.25 105mol L1，pH5.6。 (6)CrO2Cl2中 Cr 为6 价，被还原为3 价，Na2SO3中 S 为4 价被氧化为6 价。 答案 (1)适当升温、粉碎铬矿石、搅拌
13、等(合理答案均可) (2)CrO2 4、SiO 2 3 (3)81 (4)5.6 (5)K2Cr2O74KCl3H2SO4=3K2SO42CrO2Cl23H2O (6)6CrO2Cl29Na2SO33H2O=2Cr2(SO4)312NaCl2Cr(OH)33Na2SO4 4(2019 淄博二模)用工业制立德粉后的铅锌废渣(主要成分为 ZnO 和 PbSO4，杂质为含 Si、Fe3 、Cu、 Cd 等元素的化合物)为原料，制活性氧化锌和黄色颜料铅铬黄，工业流程如图所示： 已知常温下 Ksp(PbSO4)1.6 10 5，K sp(PbCO3)7.4 10 14，K spFe(OH)31.0 10
14、 38。 (1)“碱浸”过程中PbSO4发生反应的离子方程式为 _ _， 气体 A 的化学式为_。 (2)“酸浸”过程中，在常温下应控制 pH 不低于_。 (3)“沉降”中发生沉降反应的离子方程式为_ _。 (4)滤液 D 中溶质的主要成分为_。 (5)以 1 t 含锌元素 10%的铅锌废渣制得活性氧化锌 113.4 kg， 依据以上数据能否计算出锌元素的回收率。 若能，写出计算结果，若不能，请说明理由：_ _。 (6)常温下 NH3 H2O 的电离常数 Kb1.8 10 5；碳酸的电离常数：K a14.4 10 7，K a25.6 10 11。该温 度下某浓度的(NH4)2CO3溶液中 c(
15、NH 4)/c(NH3 H2O)18。则溶液 pH 为_，c(HCO 3)/c(H2CO3) _。 解析 (1)已知：常温下 Ksp(PbSO4)1.6 10 5，K sp(PbCO3)7.4 10 14，所以“碱浸”过程中 PbSO 4发 生反应的离子方程式为 PbSO4 (s) CO2 3(aq)=PbCO3(s)SO 2 4(aq)；“酸浸”后产生的气体为二氧化碳， 化学式为 CO2。 (2)“酸浸”过程中，若 pH 过低，酸性强，铁与酸反应生成的有关铁的化合物进入滤液中，再加碱时，会 出现氢氧化铁沉淀，根据 c(Fe3 )1 105 mol L1 时，KspFe(OH)3c(Fe3 )
16、 c3(OH)1.0 1038，c(OH) 10 11 mol L1，c(H)103 mol L1，pH3，因此要想除去铁离子，在常温下应控制 pH 不低于 3。 (4)由图知滤液 B 中含有的离子为 Zn2 、NH 4、 CO 2 3 ，加硫酸调节溶液的 pH6.06.5 出现 Zn2(OH)2CO3，滤液为(NH4)2SO4。 (5)除去铜、镉的过程中添加了锌粉，最终 ZnO 中的锌元素不完全来自于铅锌废渣，无法计算铅锌废渣 中锌元素的回收率，所以结论为不能。 (6)常温下 NH3 H2O 的电离常数 Kb1.8 10 5；则 NH 4的水解平衡常数为 1 10 14/1.8 105，溶液
17、中存 在：NH 4H2O NH3 H2OH 则 c(NH3 H2O) c(H )/c(NH 4)1 10 14/1.8 105 ，已知： c(NH 4)/c(NH3 H2O)18， 所以 c(H )108 mol L1， 则溶液 pH 为 8； 溶液中存在 HCO 3H2O H2CO3 OH ，碳酸的电离常数：K a14.4 10 7，K a25.6 10 11；可知 K h2c(H2CO3) c(OH )/c(HCO 3)1 10 14/4.4 107，又因为 c(OH)106 mol L1，所以 c(HCO 3)/c(H2CO3)44。 答案 (1)PbSO4(s)CO 2 3 (aq)=
18、PbCO3(s)SO 2 4 (aq) CO2 (2)3 (3)2Pb2 2OHCr 2O 2 7 =2PbCrO4H2O (4)(NH4)2SO4 (5)不能，因为除去铜、镉的过程中添加了锌粉，最终 ZnO 中的锌元素 不完全来自于铅锌废渣，无法计算铅锌废渣中锌元素的回收率 (6)8 44 5(2019 试题调研)钒是一种熔点很高的金属，具有良好的可塑性和低温抗腐蚀性，有延展性、硬度大， 无磁性。广泛应用于钢铁、航空航天、能源、化工等领域。工业上常用钒炉渣(主要含 FeO V2O3，还有少量 SiO2、P2O5等杂质)提取 V2O5的流程如图 1 所示： 图 1 (1)焙烧的目的是将 FeO
19、 V2O3转化为可溶性 NaVO3，其中铁元素的化合价转化为3，写出该反应的化 学方程式：_。 (2)加 MgSO4溶液的步骤中，滤渣的主要成分是_(用化学式表示)。 (3)沉钒过程中发生反应的离子方程式为_ _， 得 到 的 固 体 物 质 往 往 需 要 洗 涤 ， 写 出 实 验 室 洗 涤NH4VO3沉 淀 的 操 作 方 法 ： _ _。 (4)已知常温下 NH4VO3的溶解度为 0.468 g，则 NH4VO3的溶度积常数为_。(假设水溶解溶质后 体积不变) (5)元素钒在溶液中还可以以 V2 (紫色)、V3(绿色)、VO2(蓝色)、VO 2(淡黄色)等形式存在。利用钒元 素微粒间
20、的反应设计的可充电电池的工作原理如图 2 所示，已知溶液中还含有 1 mol H2SO4，请回答下列问 题： 图 2 充电时，左槽溶液的颜色由蓝色逐渐变为淡黄色，则左槽电极上发生的电极反应式为 _。 放电过程中，右槽溶液颜色变化为_，若此时外电路转移了 3.01 1022个电子，则左 槽溶液中 H 的变化量 n(H)_。 解析 向钒炉渣中加入碳酸钠并在空气中焙烧，生成的有 NaVO3、氧化铁、硅酸钠、磷酸钠，水浸后 得到的浸出渣中含有氧化铁，浸出液为 NaVO3、硅酸钠、磷酸钠的水溶液，向滤液中加入硫酸镁生成难溶 的硅酸镁、磷酸镁沉 淀，过滤后向溶液中再加入硫酸铵生成 NH4VO3沉淀，NH4
21、VO3经加热生成 V2O5。(4)常温下 NH4VO3 的溶解度为 0.468 g，即 100 g 水中溶解的 NH4VO3的物质的量为 0.468 g 117 g/mol0.004 mol，溶液体积为 0.1 L， 则饱和 NH4VO3的浓度为 0.04 mol/L， 溶度积常数 Kspc(NH 4) c(VO 3)0.04 0.041.6 10 3。 (5)充电时， 左槽溶液由蓝色逐渐变为淡黄色，说明左侧电极上 VO2 (蓝色)失去电子生成 VO 2(淡黄色)，左槽电极为阳 极，电极反应式为 VO2 eH 2O=VO 22H ；放电过程中，右槽电极是负极，负极失电子钒元素化 合价升高，由
22、V2 变为 V3，溶液颜色由紫色变为绿色，放电时正极反应为 VO 2e 2H=VO2H 2O， 若此时外电路转移了 3.01 1022个电子，则左槽溶液中消耗氢离子 0.1 mol，同时 0.05 mol 氢离子由右槽经质 子交换膜进入左槽，则左槽溶液中 H 的变化量 n(H)0.1 mol0.05 mol0.05 mol。 答案 (1)4FeO V2O34Na2CO35O2= 高温 8NaVO32Fe2O34CO2 (2)MgSiO3、 Mg3(PO4)2 (3)NH 4 VO 3=NH4VO3 往漏斗中加水至浸没沉淀， 让水自然流下， 重复 23 次 (4)1.6 10 3 (5)VO2e H 2O=VO 22H 由紫色变为绿色 0.05 mol
