高考化学一轮复习专题3.4第三章化工流程（一）练习（含解析）.docx

第四讲 化工流程 （一）1以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO47H2O的过程如图所示：硼镁泥的主要成分如下表：MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAl2O3B2O330%40%20%25%5%15%2%3%1%2%1%2%回答下列问题：(1)“酸解”时应该加入的酸是_，“滤渣1”中主要含有_(写化学式)。(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是_、_。(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是_。(4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是_。【答案】(1)H2SO4SiO2(2)将Fe2氧化为Fe3调节溶液pH，使Fe3、Al3以氢氧化物的形式沉淀除去(3)取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全(4)防止MgSO47H2O结晶析出【解析】(1)流程制备的是MgSO47H2O，为了不引入杂质，因此所用的酸是硫酸，化学式为H2SO4；根据硼镁泥的成分，SiO2不与硫酸反应，因此滤渣1为SiO2；(2)硼镁泥中含有FeO，与硫酸反应后生成FeSO4，次氯酸钙具有强氧化性，能把Fe2氧化成Fe3，氧化镁的作用是调节pH，使Al3和Fe3以氢氧化物形式沉淀出来，除去Fe3和Al3；(3)除杂是除去的Fe3和Al3，因此验证Fe3就行，方法是取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全；(4)防止MgSO47H2O结晶析出。2“分子筛”是一种具有多孔结构的铝硅酸盐(NaAlSiO4nH2O)，其中有许多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子通过而将大的分子留在外面，故此得名。利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备“分子筛”的一种工艺如下：(1)分子筛的孔道直径为4A称为4A型分子筛；当Na被Ca2取代时就制得5A型分子筛，当Na被K取代时就制得3A型分子筛。要高效分离正丁烷(分子直径为4.65A)和异丁烷(分子直径为5.6A)应该选用_型的分子筛。(2)铝灰在90 时水解的化学方程式为_；“水解”采用90 而不在室温下进行的原因是_。(3)“酸溶”时，为降低生产成本，应选择的酸为_，理由是_。(4)“氧化”时，发生的主要反应的离子方程式为_。(5)该工艺中滤渣的成分是_。(6)“胶体”调节pH后过滤所得“晶体”需洗涤，如何证明该晶体已经洗涤干净？_。【答案】(1)5A(2)AlN3H2OAl(OH)3NH3加快AlN水解反应速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出(3)盐酸电解时生成的氢气和氯气可以制备盐酸(4)2Fe22HClO=2Fe3ClH2O(5)Fe(OH)3(6)取最后一次洗涤液少许，加入浓氢氧化钠溶液并微热，若不能产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则洗涤干净，否则未洗涤干净(或取最后一次洗涤液少许，加稀硝酸酸化，再加硝酸银溶液，若不能产生白色沉淀，则洗涤干净，否则未洗涤干净)【解析】(1)分离正丁烷和异丁烷，选用分子筛的型号应在4.65A5.6A之间，故应选择5A型分子筛。(2)铝灰中的AlN发生水解反应生成氢氧化铝和氨气，反应的化学方程式为AlN3H2O=Al(OH)3NH3，加热可以促进氮化铝水解生成氨气，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。(3)浓缩海水除杂后电解时有氢气和氯气产生，氢气和氯气反应可以制备盐酸，用于酸溶，从而降低生产成本。(4)酸溶后的溶液中含有Fe2，漂白液中的ClO可将Fe2氧化成Fe3。(5)加入NaOH，Al3转化成AlO，Fe3转化成Fe(OH)3，则该工艺中滤渣的成分为Fe(OH)3。(6)“胶体”调节pH后过滤所得“晶体”需洗涤，通过检验晶体表面是否有铵根离子或氯离子可判断是否洗涤干净。3PFS是水处理中重要的絮凝剂，下图是以回收的废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。(1)酸浸槽以及聚合釜中用到的酸应是_；PFS中铁元素的化合价为_；在酸浸槽中，为了提高浸出率，可以采取的措施有_(写两条)。(2)若废铁屑中含有较多铁锈(Fe2O3xH2O)，则酸浸时反应的化学方程式有_。(3)如果反应釜中用H2O2作氧化剂，则反应的离子方程式为_；生产过程中，发现反应釜中产生了大量的气体，且温度明显升高，其原因可能是_。(4)聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内。如果溶液酸性过强，造成的后果是_。如果溶液酸性太弱又会生成大量的氢氧化铁沉淀。若溶液中Fe3的浓度为1 molL1，当Fe3开始沉淀时，溶液的pH约为_。已知Fe(OH)3的Ksp1.01039。【答案】(1)H2SO43加热、搅拌、多次浸取等(2)Fe2O3xH2O3H2SO4=Fe2(SO4)3(3x)H2O、FeH2SO4=FeSO4H2(3)2Fe2H2O22H=2Fe32H2OH2O2与Fe2的反应为放热反应，加入的H2O2过多，且生成的Fe3能作H2O2分解的催化剂，H2O2发生分解反应，生成了O2(4)影响Fe3与OH的结合(合理答案均可)1【解析】(1)絮凝剂是硫酸盐，制备时不能引入杂质，要用硫酸酸浸；根据Fe2(OH)x(SO4)3x/2y中各元素正负化合价的代数和为0，得铁的化合价为3。(2)Fe2O3xH2O和Fe均与硫酸反应。(4)Fe33H2OFe(OH)33H，酸性过强，Fe3水解平衡逆向移动，不利于Fe(OH)3的生成；若溶液中Fe3的浓度为1 molL1，当Fe3开始沉淀时，KspFe(OH)31.01039c(Fe3)c3(OH)，则1.010391 molL1c3(OH)，解得c(OH)1013 molL1，则c(H)0.1 molL1，所以pH1。4醋酸镍(CH3COO)2Ni是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料，制取醋酸镍的工艺流程图如下：相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表：金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pH物质20 时溶解性(H2O)Fe31.13.2CaSO4微溶Fe25.88.8NiF2可溶Al33.05.0CaF2难溶Ni26.79.5NiCO3Ksp9.60106(1)调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是_。(2)滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是_、_。(3)写出氧化步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式：_。(4)酸浸过程中，1 mol NiS失去6NA个电子，同时生成两种无色有毒气体。写出该反应的化学方程式：_。(5)沉镍过程中，若c(Ni2)2.0 molL1，欲使100 mL该滤液中的Ni2沉淀完全c(Ni2)105 molL1，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为_ g。(保留小数点后1位有效数字)(6)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为_ 、_ min。【答案】(1)5.0pH6.7(2)SiO2、CaSO4CaF2(3)2Fe2H2O22H=2Fe32H2O(4)NiSH2SO42HNO3=NiSO4SO22NO2H2O(5)31.4(6)70120【解析】(1)(3)制取醋酸镍的工艺流程可解读为将含镍废料粉碎后加入H2SO4和少量HNO3进行酸浸，过滤后得到主要含Ni2、Al3、Fe3(还可能含少量Fe2、Ca2)的溶液和主要含SiO2、CaSO4的滤渣，弃去滤渣，向滤液中加入H2O2将可能含有的Fe2氧化为Fe3，调节溶液pH为5.0pH6.7，使Al3、Fe3转化为氢氧化物沉淀，再通过过滤除去，向过滤所得的滤液1中加入NH4F除去滤液中的Ca2，过滤后向滤液2中加入Na2CO3使Ni2沉淀为NiCO3，过滤后向NiCO3中加入醋酸得到醋酸镍，再进一步洗涤、蒸发、结晶得到醋酸镍产品。(4)由题意知，酸浸时1 mol NiS失去6 mol电子，S2被氧化为SO2，硝酸被还原为NO，根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式。(5)Ni2沉淀完全时溶液中c(CO)0.96 molL1，故需要加入Na2CO3的质量最少为0.96 molL10.1 L(2.0 molL1105 molL1)0.1 L106 gmol131.4 g。5硫酸锌可用于制造锌钡白、印染媒染剂等。用锌白矿(主要成分为ZnO，还含有Fe2O3、CuO、SiO2等杂质)制备ZnSO47H2O的流程如下：相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL1计算)如表所示：金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe31.13.2Fe25.88.8Zn26.48.0(1)“滤渣1”的主要成分为_(填化学式)。“酸浸”过程中，提高锌元素浸出率的措施有：适当提高酸的浓度、_(填一种)。(2)“置换”过程中，加入适量的锌粉，除与溶液中的Fe3、H反应外，另一主要反应的化学方程式为_。(3)“氧化”一步中，发生反应的离子方程式为_。溶液pH控制在3.2,6.4)之间的目的是_。(4)“母液”中含有的盐类物质有_(填化学式)。【答案】(1)SiO2粉碎锌白矿(或充分搅拌浆料、适当加热等)(2)ZnCuSO4=CuZnSO4(3)3Fe2MnO7ZnO9H=3Fe(OH)3MnO27Zn2使Fe3沉淀完全，而Zn2不沉淀(4)ZnSO4、K2SO4【解析】(1)锌白矿中的ZnO、Fe2O3、CuO可与H2SO4反应，所以滤渣1是SiO2；提高浸出率的常用方法是粉碎矿物、适当提高温度、适当提高浓度、搅拌等。(2)加入Zn能反应的有H、Fe3、Cu2。(3)由流程图可知发生氧化还原反应，氧化剂是MnO，还原产物是MnO2，还原剂是Fe2，氧化产物是Fe(OH)3，所以由得失电子守恒可知：3n(MnO)n(Fe2)，最后再由ZnO调节pH，根据氧原子守恒配平得：3Fe2MnO7ZnO9H=3Fe(OH)3MnO27Zn2；由表格数据可知pH3.2是使Fe3完全转化为Fe(OH)3沉淀而被除去，pH6.4的目的是使Zn2不被除去。(4)由流程图可知加入H2SO4引入SO、加入KMnO4引入K，而形成ZnSO47H2O的母液中一定存在ZnSO4，所以“母液”中含有的盐类物质有K2SO4和ZnSO4。6某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略)。已知：NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：3NaClO=2NaClNaClO3AgCl可溶于氨水：AgCl2NH3H2OAg(NH3)Cl2H2O常温时N2H4H2O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH3)：4Ag(NH3)N2H4H2O=4AgN24NH4NH3H2O(1)“氧化”阶段需在80 条件下进行，适宜的加热方式为_。(2)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2，该反应的化学方程式为_。HNO3也能氧化Ag，从反应产物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺点是_。(3)为提高Ag的回收率，需对“过滤”的滤渣进行洗涤，并_。(4)若省略“过滤”，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量NaClO与NH3H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3H2O不反应)，还因为_。(5)请设计从“过滤”后的滤液中获取单质Ag的实验方案：_(实验中须使用的试剂有：2 molL1水合肼溶液，1 molL1H2SO4)。【答案】(1)水浴加热(2)4Ag4NaClO2H2O=4AgCl4NaOHO2会释放出氮氧化物(或NO、NO2)，造成环境污染(3)将洗涤后的滤液合并入过滤的滤液中(4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl，不利于AgCl与氨水反应(5)向滤液中滴加2 molL1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 molL1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥【解析】(1)加热温度在低于100 时，可采用水浴加热的方式。(2)在溶液中，NaClO氧化Ag生成AgCl、NaOH和O2，根据得失电子守恒及原子守恒配平反应的化学方程式。HNO3氧化Ag时会产生氮氧化物，污染环境。(3)为提高Ag的回收率，需要将洗涤后的滤液也一起合并到过滤的滤液中。(4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，增加氨水的用量；由已知信息知冷却后的溶液中因NaClO的分解，会含有一定浓度的Cl，不利于AgCl和氨水反应的正向进行。(5)由已知信息知，水合肼可以和银氨溶液发生反应生成Ag和NH3。生成的NH3用1 molL1H2SO4溶液吸收，当溶液中不再产生气泡时，说明反应已进行完全，静置，过滤出生成的Ag，洗涤、干燥，得Ag。7工业上利用粗ZnO(含FeO、CuO)制取金属锌的流程如下(部分步骤省略)：已知：几种离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表：待沉淀的离子Fe2Fe3Zn2Cu2开始沉淀时pH6.31.56.25.2沉淀完全时pH9.73.28.06.4请回答下列问题：(1)酸浸粗氧化锌的过程中，为了加快酸浸速率，可采取的措施有_(写出一点即可)。(2)步骤A的目的是将Fe2氧化为Fe3，并全部形成Fe(OH)3沉淀，为了暂不形成Cu(OH)2、Zn(OH)2，该步骤需控制溶液pH的范围是_，该步骤中加入H2O2发生反应的离子方程