专题检测无机化工流程

1、专题检测(十)无机化工流程1. (2019无锡一模)工业上以碳酸锰矿(主要成分为 MnCO3,另含FeO、Fe2O3、CaO等 杂质)为主要原料生产锰酸锂(LiMn 2O4)的工艺流程如下：濮慚站聊 KShrf J, CaOK SIXI J I II|觸穩-*氧化卜|除铁 亠|过池一今成皿“卜|即化卜Fhim门 t1 Im(Wifi 1 滤渣 2(1) 为了提高碳酸锰矿浸出的速率，在“酸浸”时可采取的措施有：适当升高温度；搅拌；等。(2) “除铁”时，加入 CaO的目的是。加入MnF2是为了除去溶液中的 Ca2十，若控制溶液中F浓度为3X 103 mol L1, 则 Ca2+ 的浓度为 mol

2、lj常温时，Ksp(CaF2)= 2.7X 1011。“合成MnO2”的化学方程式为 。(5) “锂化”是将 MnO2和Li2CO3按4 ： 1的物质的量比配料， 球磨35 h,然后升温至 600750 C,保温24 h,自然冷却至室温得产品。 升温到515 C时，开始有CO2产生，比预计碳酸锂的分解温度(723 C )低得多。可能的原因是。 写出该反应的化学方程式： 。解析：(1)为了提高碳酸锰矿浸出的速率，在“酸浸”时可采取的措施有：适当升高 温度；搅拌；适当增大硫酸的浓度(或将碳酸锰矿研成粉末等 )；(2) “除铁”时，加入CaO的目的是调节溶液的 pH，使Fe3 +完全转化为Fe(OH

3、)3沉淀而除去； 加入MnF2是为 了除去溶液中的 Ca2 +,若控制溶液中 F 浓度为3X 10-3 mol L-1，贝U Ca2+的浓度为=Ksp (CaF2)c2 (F-)-2.7 X 10一11Rd=(3x 10_3) 2= 3X 10 6(mol L 1)； (4)根据流程图分析可知，滤液中MnSO4用K 2S2O8氧化生成 Mn O2 ,贝U “合成 Mn O2 ”的化学方程式为 Mn SO4 + K2S2O8 +2H2O=MnO2J + K2SO4 + 2H2SO4；(5)“锂化”时将 MnO2和 Li2CO3按 4 ： 1 的物质的量比配料，升温到515 C时，开始有CO2产生

4、，加快了碳酸锂的分解 比预计碳酸锂的分解温度(723 C )低得多。可能的原因是 MnO2是催化剂，加快了碳酸锂分解；该反应的化学方 程式 8MnO2+ 2Li2CO3=4LiMn 2O4+ 2CO2 f + 02 f。答案：(1)适当增大硫酸的浓度(或将碳酸锰矿研成粉末)(2) 调节溶液的pH，使Fe3*完全转化为Fe(0H)3沉淀而除去(3) 3 X 10 6(4) MnSO 4+ K2S2O8+ 2H2O=MnO2J+ K2SO4+ 2H2SO4(5) MnO2是催化齐U8MnO2+ 2Li 2CO3=4LiMn 2O4+ 2CO2 f + O2T2. (2019南京三模)以镍废料(主要

5、成分为镍铁合金，含少量铜)为原料，生产 NiO的部分工艺流程如下：H2S()1 ,HN(人溶液 H2(> 溶液 Na()H 渚液 H2S Na2C().滂液i1111镇废料一|酸溶|氧化 一|除铁|T除刨*沉楝f锻烧|f)1 1氮氧化物滤渣滤液已知：下表列出了几种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 mol L 1计算)。开始沉淀的pH沉淀完全的pHNi2 +6.79.5Fe3 +1.13.2Fe2 +5.88.8Cu2+4.27.2(1) “酸溶”时Ni转化为NiSO4 ,该过程中温度控制在7080 C的原因是(2) “氧化”时， Fe2+参加反应的离子

6、方程式为 (3) “除铁”时需控制溶液的pH范围为。(4) “滤渣”的主要成分为 (填化学式)。“沉镍”时得到碱式碳酸镍 用xNiCO 3 - yNi(OH) 2表示沉淀。在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO，该反应的化学方程式为“沉镍”时，溶液pH增大，碱式碳酸镍中Ni元素含量会增加，原因是解析：镍废料(主要成分为镍铁合金，含少量铜)加稀硫酸、稀硝酸进行“酸溶”，其中铁、镍溶于酸，铜也与硝酸反应产生氮氧化物；“氧化”时加入H2O2可将“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，加入氢氧化钠调节溶液 pH除去铁离子，过滤得到氢氧化铁滤渣和 滤液；向除铁后的滤液中通入H2S气体，发生反应

7、H2S+ Cu2+ =CuS J+ 2H +,除去Cu2+ ;再向除铜后的滤液中加入碳酸钠溶液沉淀镍离子，过滤、洗涤、干燥得到的固体经煅烧得到NiO。(1) “酸溶”时温度控制在7080 C的原因是温度低于 70 C,反应速率降低；温度高 于80 C, HNO3分解(或挥发)加快；(2) “氧化”时，Fe2+被H2O2氧化，离子方程式为2Fe2 + + H2O2+ 2H + =2Fe3 + + 2H2O ； (3) “ 除铁”时使 Fe3+完全沉淀，而 Ni2 +、Cu2 + 不 沉淀，故需控制溶液的 pH范围为3.2W pH V 4.2；通入H2S使Cu2+沉淀生成CuS, “滤 渣”的主要

8、成分为CuS;(5)在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到 NiO、CO2和H2O,煅烧该反应的化学方程式为 xNiCO3yNi(OH) 2=(x+ y)NiO + XCO2 T + yH2O;“沉镍”时， 溶液pH增大，碱式碳酸镍中 Ni元素含量会增加，原因是 Ni(OH) 2中Ni含量高于 NiCO 3, pH越大，碱式碳酸镍中 Ni(OH) 2比例增大。答案：温度低于70 C,反应速率降低；温度高于 80 C, HNO3分解(或挥发)加快(2) 2Fe2+ + H2O2 + 2H + =2Fe3 + + 2出0(3) 3.2 < pH V 4.2(4) CuS煅烧人(5) xNi

9、CO3 - yNi(OH) 2=(x+ y)NiO + xCO2 f+ yH2ONi(OH) 2中Ni含量高于 NiCO3, pH越大，碱式碳酸镍中Ni(OH) 2比例增大3. (2018常州一模)利用废铅蓄电池的铅泥(PbO、Pb及PbSO4等)可制备精细无机化工产品3PbO PbSS H 2O(三盐)，主要制备流程如下：I丄,_,Ld1钳强两亚卜百耐or就液1潭港2(1) 步骤PbS04转化为难溶 PbC03的离子方程式为 。滤液1和滤液3经脱色、蒸发、结晶可得到的副产品为 (写化学式)。(3) 步骤酸溶时，其中的铅与硝酸生成Pb(NO3)2及NO的离子方程式为；滤液2中溶质主要成分为 (

10、写化学式)。(4) 步骤合成三盐的化学方程式为 (5) 步骤洗涤操作时，检验沉淀是否洗涤完全的方法是矿粉已知草酸钙、草酸镁不溶于水。（1）写出“氧化”时发生反应的离子方程式： （2）“中和”的目的是将铁、铝元素转化为沉淀除去，化合物 X可用（写一种物质的化学式）。（3）该工艺流程中固体 1和固体2均需用水洗涤，目的是 。（4）“除杂”时，除去的金属离子有 。（5）“电解”原理如图所示，阳极的电极反应式为 。离了愛恢般该流程中可以循环使用的物质有 。解析：（1）酸浸后溶液中含有亚铁离子，能被二氧化锰氧化，则“氧化”时发生反应的 离子方程式为 MnO2 + 2Fe2十+ 4H + =Mn2+ +

11、2Fe3十+ 2出0。（2） “中和”的目的是将铁、 铝元素转化为沉淀除去，由于不能再引入新杂质，则化合物X可用MnCO 3。过滤得到的沉淀表面含有杂质离子， 因此该工艺流程中固体 1和固体2均需用水洗涤滤渣，洗出液用于酸浸工序，提高锰的回收率。（4）已知草酸钙、草酸镁不溶于水，则“除杂”时，除去的金属离子有Ca2 +、Mg2 +。（5）阳极锰离子失去电子转化为二氧化锰，则阳极的电极反应式为Mn2+ + 2H2O 2e =Mn02+ 4H +。硫酸锰电解生成二氧化锰和硫酸，则该流程中可以 循环使用的物质有 H2SO4、MnO2。答案：（1）MnO 2+ 2Fe2+ + 4H + =Mn 才 +

12、 ZFe3 + + 2出0（2）MnCO3（或 CaCO3 等）（3）用水洗涤滤渣，洗出液用于酸浸工序，提高锰的回收率（或用水洗涤滤渣，洗出液循环利用，提高锰的回收率等 ）(4) Ca"、Mg 2+ +(5) M n2 + 2出0 2e =M nO2+ 4H(6) H2SO4、MnO25. (2018南京、盐城二模)聚合硫酸铁铝、聚合氯化铝是高效水处理剂。以废铁屑、废铝质易拉罐及硫酸为原料，制备聚合硫酸铁铝的工艺流程如下:铝履磐抽竦r丽11円±1滤H结品Q H匚(1) 为提高反应I、 n金属元素的浸出率， 可以采取的措施有(2) 反应川中FeS04转化为Fe2(SO4)3的

13、化学方程式为 。(3) 反应川的温度应控制在5070 C为宜，原因是 。反应川过程中往往加入少量硝酸铝，其作用如图1所示，转化的离子方程式为写出Fe2(SO4)3水解生成 Fe2(OH)n(SO4)3 号的离子方程式： 利用图2所示电解装置可制备净水剂聚合氯化铝。实际生产中，阳极附近因为副反应可能产生的气体有。解析：(1)为提高反应I、n金属元素的浸出率，可以采取的措施有适当提高硫酸浓度、 适当提咼反应温度、将废铁屑、废铝质易拉罐粉碎或搅拌等。反应川向FeSO4中加入硫酸并通入氧气，转化为Fe2(SO4)3的化学方程式为 4FeSO4+ O2+ 2H2SO4=2Fe2(SO4)3+ 2H2O。

14、(3) 反应川的温度应控制在 5070 C为宜，原因是温度过低，反应速率太慢；温度过高， 金属离子水解趋势增强， 易形成沉淀，影响产品的质量。反应川过程中往往加入少量硝酸铝； Fe2+在H +、NO作用下被氧化转化为 Fe3+,则转化的离子方程式为3Fe2十+ 4H十+ NO =3Fe3 + + NO f + 2出0。实际生产中，阳极附近由于溶液中的CI和OH 放电发生副反应可能产生的气体为CI2、02。答案：(1)适当提高硫酸浓度；适当提高反应温度等 4FeSO4+ O2+ 2H2SO4=2Fe2(SO4)3 + 2H2O(3) 温度过低，反应速率太慢；温度过高，金属离子水解趋势增强，易形成

15、沉淀，影响产品的质量3Fe2 + + 4H + + NO3 =3Fe3+ + NO f + 2出0(4) 2Fe3+ + 3- 2 SO2+ nH2OFe2(OH) n(SO4)3 错误! + nH +(5) Cl2、O26. (2018苏北四市一模)沉淀碳酸钙主要用于食品、医药等行业。以精选石灰石(含有少量MgCO3、FeCO3杂质)为原料制备沉淀碳酸钙的工艺流程如下：oniuci旃袱井桥馳w r饶j 了Tr&i 】£內气(in呕魁An就b(1) 流程中可以循环利用的物质有气体1、气体n和 (填化学式)。(2) “碳化”时发生反应的离子方程式为 ,该过程中通入气体I和气体n

16、的顺序是 。工业上常用电解氯化钠和氯化钙熔融物来制备金属钠，原理如图所示：1 - 电解过程中，加入氯化钙的目的是 。 石墨电极发生的电极反应方程式为 电解得到的Na中约含1%的Ca,除去其中少量 Ca的方法为已知部分物质的熔沸点如下表:物质熔点(K)沸点(K)Na3701 156Ca1 1231 757解析：精选石灰石煅烧得到氧化镁、氧化亚铁、氧化钙和气体 I二氧化碳，固体加入氯 化铵溶液浸取后用双氧水氧化，确保亚铁离子转化为铁离子，再加入氧化钙调节pH，碱性条件下反应得到气体 n为氨气，并使铁离子、镁离子转化为沉淀，过滤，滤渣为氢氧化铁、 氢氧化镁，过滤后的溶液以氯化钙为溶质，先通入足量的氨

17、气，再通入适量的二氧化碳，得 到氯化铵和碳酸钙，过滤得到滤液为氯化铵，沉淀为碳酸钙。（1）该工艺中可以循环使用的物质是参加反应，反应后又生成的物质，流程图分析判断气体I、气体n分别为二氧化碳和氨气，可以循环使用，另外滤液NH4CI也可以循环使用。（2）“碳化”时氯化钙溶液中通入氨气和二氧化碳生成碳酸钙和氯化铵，发生反应的离子方 程式为 Ca2 + + CO2+ 2NH3+ H2O=CaCO3J+ 2NH才，氨气溶解度大，为保证溶解更多气 体，该过程中先通入气体n,再在碱性溶液中通入气体I。（3）电解过程中，加入氯化钙的目的是降低电解质的熔融温度，降低能耗。铁为活泼金属，电解氯化钠制钠时不能作为

18、阳极，故石墨电极为阳极，发生的电极反应方程式为2CI 2e =Cl2f。电解得到的Na中约含1%的Ca,除去其中少量 Ca的方法为控制温度在 1 1561 757 K间蒸馏。答案：（1）NH4CI （2）Ca2+ + CO2+ 2NH3 + H2O=CaCO3 J + 2NH； 先通入气体n （或后通气体I ）降低电解质的熔融温度，降低能耗 2CI 2e=Cl2 f 控制温度在1 1561 757 K间蒸馏7. 以粉煤灰（主要成分为 Al 2O3和SiO2,还含有少量的FeO、Fe2O3等）为原料制备 Al 2O3的流程如下：H （b 吃呈 Xfidll 过lit輛出肖h需液 計液 co,煤-

19、I啊程-氣化一莎司沉淀同休'滤渣KU）H）h（1）“酸浸”时需加入过量的稀硫酸，目的是提高浸取率和 ;滤渣的主要成分(2) “氧化”过程中，加入 H2O2发生反应的离子方程式为 。(3) “提纯”过程中，当加入 NaOH溶液达到沉淀量最大时，溶液中c(SO2 ) : c(Na =。已知 KspFe(OH)3 = 1X 1039。“提纯”过程中，当 c(Fe3+)<10-6 mol L1 时，溶液 中 c(OH )>mol L 1。(5) “沉淀”过程中，通入过量CO2时发生反应的化学方程式为 。解析：(1)根据粉煤灰含有成分，加入硫酸发生的反应是Al 203+ 6H + =

20、2AI 3+ + 3H2O,FeO+ 2H + =Fe2 + + H2O, Fe2O3 + 6H + =2Fe3 + + 3H2O，加入过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，因此滤渣是SiO2。(2)过氧化氢具有强氧化性，能把Fe2 +氧化成Fe3+,离子反应方程式为 H2O2+ 2Fe2 + + 2H + =2Fe3 + + 2H2O。 加入 NaOH溶液，达到沉淀量最大，发生Al3 + + 3OH- =Al(OH) 3 , Fe3 + 3OH-=Fe(OH)3j，此时溶液中溶质为 Na2SO4,即卩 c(SO2) : c(Na+ )= 1 :

21、2。根据 Ksp= c(Fe3 + )c3(OH ),因为 c(Fe3+)<10一 6 mol L -1, c(OH 一)>1011mol L 一1。(5)利用碳酸的酸性强于偏 铝酸，因此有 NaAIO2+ CO2+ 2H2O=AI(OH) 3 J + NaHCO3。答案：(1)抑制Al3+水解(或为后续反应提供 H +) SiO2(2) 2Fe2+ + H2O2 + 2H +=2Fe3+ + 2出0(3) 1 : 2(4) 1 X 1011(5) NaAlO 2 + CO2 + 2H2O=Al(OH) 3 J+ NaHCO38. (2018苏州一模)实验室用硼镁泥为原料制取MgS

22、O4 7H2O粗产品的过程如下：泄渣 1 Ca(ClO)2At%) r滤渣21硼镁淀-腋辭亠|过滤一一*軽化阴pir过滤一MgS(h * THsO粗产品硼镁泥的主要成分如下表:MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAI2O3B2O330% 40%20% 25%5% 15%2% 3%1% 2%1% 2%(1) “酸解”时为提高 Mg"的浸出率，可采用的措施是 (写种)。所加酸不宜过量太多的原因是 。(2) “氧化”步骤中，若用H2O2代替Ca(CIO)2,则发生反应的离子方程式为 实际未使用 H2O2，除H2O2成本高外，还可能的原因是 (3) “调pH”时用MgO而不用NaOH溶液的

23、原因是 。结合附表信息，由 MgSO4 7H2O粗产品(含少量CaSO4)提纯获取 MgSO4 7H2O的实验方案如下：将粗产品溶于水， ，室温下自然挥发干燥。(实验中必须使用的试剂有：饱和 MgSO4溶液，乙醇)附：两种盐的溶解度(g/100 g水)温度/C10304050CaSO40.190.210.210.20MgSO4 7H2O30.935.540.845.6解析：(1) “酸解”时为提高Mg2+的浸出率，可采用：硼镁泥粉碎、加热、搅拌、提高 酸液浓度等措施；在后续操作中要加入MgO以调节溶液的pH，所加酸不宜过量太多的原因是避免调pH时消耗过多的 MgO; (2) “氧化”步骤主要是将Fe2+氧化，若用H2O2代替 Ca(CIO)，离子方程式为 H2O2+ 2Fe2 + + 2H + =2Fe3 + + 2H2O，实际未使用 H2O2，除 H2O2 成本高外，还因为H2O2不稳定易分解或 Fe3+等金属离子会催化 H2O2的分解；(3) “调pH” 时用MgO而不用NaOH溶液，是避免引入新的杂质或防止加入的NaOH引入Na+杂质。答案：(1)加热(或搅拌、提高酸液浓度等 )避免调pH时消耗过多的 MgOH2O2+ 2FG2 + + 2H + =2Fe3+ + 2出0 H2O2不稳定易分解或 Fe3*等金属离子会催化H2O2的分解(3) 防止