2025高考冲刺考试方法答题技巧预测化学-14.无机化工生产流程题答案解析

14.无机化工生产流程题1.【解析】含砷废水(含HAsO2、H2SO4、及少量Fe3+、Cu2+、Bi3+)中加入NaOH溶液调节pH=6,由已知数据和后续除杂过程中不再设置步骤除去Fe3+、Cu2+、Bi3+可知,该步骤中这几种离子已经转化为Fe(OH)3、Cu(OH)2、Bi(OH)3沉淀,过滤后存在于滤渣a中除去,滤液中加入过量CuSO4溶液将AsO2-转化为Cu(AsO2)2沉淀,再用SO2还原Cu(AsO2)2得到HAsO2和H2SO4,经过沉砷得到As2O(1)滤渣a的成分是Fe(OH)3、Cu(OH)2、Bi(OH)3;(2)“沉淀”时,CuSO4溶液必须过量的原因是确保HAsO2全部转化为Cu(AsO2)2,使砷完全沉淀;(3)“还原”时Cu(AsO2)2与H2O、SO2反应生成Cu3(SO3)2∙2H2O、HAsO2和H2SO4,化学方程式为3Cu(AsO2)2+3SO2+6H2O===Cu3(SO3)2∙2H2O+6HAsO2+H2SO4;(4)红色还原渣Cu3(SO3)2∙2H2O被O2氧化时得到CuSO4,根据得失电子守恒和酸性条件可得出离子方程式为2[Cu3(SO3)2·2H2O]+4H++3O2===6Cu2++4SO42-(5)终点pH为8,PFS用量为4时,砷去除率最大,接近100%;(6)当废水中砷质量浓度为5.0g·L-1时,若实验取75L含砷废水,根据As守恒As2O3~2As,理论上生成As2O3的质量为75L×5.0g·L-(7)由均摊法,每个晶胞含有8×18+6×12=4个Ga和4个As,晶胞质量为4×145NAg,晶胞参数为anm,晶胞体积为(a×10-7)3cm3,则砷化镓晶体密度为ρ=1021g·cm-3。答案:(1)Fe(OH)3、Cu(OH)2、Bi(OH)3(2)使砷完全沉淀(3)3Cu(AsO2)2+3SO2+6H2O===Cu3(SO3)2·2H2O+6HAsO2+H2SO4(4)2[Cu3(SO3)2·2H2O]+4H++3O2===6Cu2++4SO42-(5)终点pH为8,PFS用量为4或n((6)96%(7)580NA2.【解析】钛铁矿加硫酸酸浸后,过滤除去二氧化硅,滤液中加入大量的水使TiO2+发生水解生成TiO2·xH2O沉淀,过滤后往滤液中加入萃取剂,分液,加入双氧水和稀硫酸洗钛时,H2O2可以与TiO2+形成稳定的离子[TiO(H2O2)]2+进入水层,便于除钛,还可以将Fe2+氧化成Fe3+,便于后续调pH时使Fe3+沉淀完全,加入氢氧化钠溶液进行反萃取,在沉淀中加入浓盐酸酸溶后,再加氨水调pH除去Fe3+,加入氟化铵沉钪,脱水除铵后得到ScF3。(1)为提高酸浸速率,除粉碎钛铁矿外,还可以采取的措施是加热、搅拌或适当增大硫酸浓度;水解时,反应物有TiO2+,生成物有TiO2·xH2O沉淀,其反应的离子方程式为TiO2++(x+1)H2O===TiO2·xH2O↓+2H+;(2)“萃取”操作使用的仪器为分液漏斗,分液漏斗在使用之前需要检漏;(3)“洗钛”时加入的H2O2可以与TiO2+形成稳定的离子[TiO(H2O2)]2+进入水层,便于除钛,还可以将Fe2+氧化成Fe3+,便于后续调pH时使Fe3+沉淀完全,从而除铁完全;(4)“酸溶”所得溶液中含有Sc3+、Fe3+等,若此溶液中Sc3+的浓度为0.01mol·L-1,“氨水调pH”时要使Fe3+沉淀完全,而Sc3+不沉淀,由表格可知,Fe3+沉淀完全时pH≥3.2,Sc3+开始沉淀的c(OH-)=3Ksp[Sc(OH)10-11mol·L-1,c(H+)=2×10-4mol·L-1,pH≈3.7,所以除杂过程应控制的pH范围是3.2≤pH<3.7;(5)由“脱水除铵”以及最终得ScF3可知,xNH4Cl·yScF3·zH2O在200~300℃时减少的是结晶水的质量,在380~400℃过程中有白烟冒出,保温至无烟气产生,即氯化铵分解完全,所以380~400℃过程中减少的是氯化铵的质量,n(NH4Cl)=(5.31-2.10)g53.5g·mo答案:(1)加热(或搅拌等,合理即可)TiO2++(x+1)H2O===TiO2·xH2O↓+2H+(2)分液漏斗(3)与TiO2+形成稳定的离子[TiO(H2O2)]2+进入水层,便于除钛还可以将Fe2+氧化成Fe3+,便于后续调pH使Fe3+沉淀完全(4)3.2≤pH<3.7(5)1∶23.【解析】锌精矿主要成分为ZnS,软锰矿主要成分为MnO2,“酸浸”时有大量淡黄色物质生成,则主要物质发生反应的化学方程式为MnO2+ZnS+2H2SO4===MnSO4+ZnSO4+S+2H2O,滤渣1的主要成分为S,滤液中含有Fe3+、Al3+、Mn2+、Zn2+、H+、SO42-,加入试剂X“除杂”,使Fe3+、Al3+沉淀,与Mn2+、Zn2+分离;再根据不同pH下有机萃取剂(P204)萃取金属离子的顺序及萃取率图像,加硫酸调节溶液的pH,只萃取Zn2+,不萃取Mn2+,(1)“酸浸”时为了提高反应速率,可以采取将矿石粉碎或搅拌或适当升温或适当增大硫酸浓度等措施提高“酸浸”反应速率;“酸浸”时通入空气的目的是将Fe2+氧化为Fe3+;由分析可知,滤渣1的主要成分为S。(2)加入试剂X“除杂”的目的是使Fe3+、Al3+沉淀,与Mn2+、Zn2+分离,由溶度积常数值可知,离子沉淀的先后顺序为Fe3+、Al3+、Zn2+、Mn2+;当Al3+沉淀完全时,Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)·c3(OH-)=1.0×10-33=1.0×10-5×c3(OH-),c(OH-)≈10-9.3mol·L-1,则c(H+)=10-4.7mol·L-1,pH=4.7;当Zn2+开始沉淀时,Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)·c2(OH-)=4×10-17=1×c2(OH-),c(OH-)≈10-8.2mol·L-1,则c(H+)=10-5.8mol·L-1,pH=5.8,故“除杂”时应控制溶液的pH范围是4.7≤pH<5.8。(3)①根据不同pH下有机萃取剂(P204)萃取金属离子的顺序及萃取率图像,pH=0时不能萃取Mn2+、Zn2+,故“反萃取”阶段,加硫酸调节溶液的pH=0;pH≤1.2时只萃取Zn2+而不萃取Mn2+,且pH=1.2时Zn2+萃取率较高,pH=3或4时同时萃取Zn2+、Mn2+,二者无法分离。②当萃取剂萃取Zn2+时发生反应方程式为2HA+Zn2+ZnA2(易溶于有机溶剂)+2H+,导致溶液的酸性增大。③Zn2+(aq)Zn2+(HA)的平衡常数K=90,说明Zn2+在萃取剂中的浓度是水中的90倍,用等体积的HA一次性萃取Zn2+溶液的萃取率(E)=有机相中A的含量有机相中A(4)水相为MnSO4和硫酸的混合溶液,生产MnSO4晶体的“系列操作1”为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(5)工艺流程中通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤获得ZnSO4和MnSO4晶体和滤液,滤液