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1、專題檢測（十） 無機化工流程 1．(2019無錫一模)工業(yè)上以碳酸錳礦(主要成分為MnCO3，另含F(xiàn)eO、Fe2O3、CaO等雜質(zhì))為主要原料生產(chǎn)錳酸鋰(LiMn2O4)的工藝流程如下： (1)為了提高碳酸錳礦浸出的速率，在“酸浸”時可采取的措施有：①適當升高溫度；②攪拌；③_________________________________________________________等。 (2)“除鐵”時，加入CaO的目的是______________________________________。 (3)加入MnF2是為了除去溶液中的Ca2＋，若控制溶液中F－濃度為310

2、－3 molL－1，則Ca2＋的濃度為________molL－1[常溫時，Ksp(CaF2)＝2.710－11]。 (4)“合成MnO2”的化學方程式為____________________________。 (5)“鋰化”是將MnO2和Li2CO3按4∶1的物質(zhì)的量比配料，球磨3～5 h，然后升溫至600～750 ℃，保溫24 h，自然冷卻至室溫得產(chǎn)品。 ①升溫到515 ℃時，開始有CO2產(chǎn)生，比預(yù)計碳酸鋰的分解溫度(723 ℃)低得多?？赡艿脑蚴莀_________________________________________________。 ②寫出該反應(yīng)的化學方程式：_

3、_____________________________。 解析：(1)為了提高碳酸錳礦浸出的速率，在“酸浸”時可采取的措施有：①適當升高溫度；②攪拌；③適當增大硫酸的濃度(或?qū)⑻妓徨i礦研成粉末等)；(2)“除鐵”時，加入CaO的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe3＋完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去；(3)加入MnF2是為了除去溶液中的Ca2＋，若控制溶液中F－濃度為310－3 molL－1，則Ca2＋的濃度為＝＝＝310－6(molL－1)；(4)根據(jù)流程圖分析可知，濾液中MnSO4用K2S2O8氧化生成MnO2，則“合成MnO2”的化學方程式為MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO

4、2↓＋K2SO4＋2H2SO4；(5)①“鋰化”時將MnO2和Li2CO3按4∶1的物質(zhì)的量比配料，升溫到515 ℃時，開始有CO2產(chǎn)生，加快了碳酸鋰的分解[比預(yù)計碳酸鋰的分解溫度(723 ℃)低得多]。可能的原因是MnO2是催化劑，加快了碳酸鋰分解；②該反應(yīng)的化學方程式8MnO2＋2Li2CO3===4LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。 答案：(1)適當增大硫酸的濃度(或?qū)⑻妓徨i礦研成粉末) (2)調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe3＋完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去 (3)310－6 (4)MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4 (5)①MnO2是催

5、化劑　②8MnO2＋2Li2CO3===4LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑ 2．(2019南京三模)以鎳廢料(主要成分為鎳鐵合金，含少量銅)為原料，生產(chǎn)NiO的部分工藝流程如下： 已知：下表列出了幾種金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 molL－1計算)。 開始沉淀的pH 沉淀完全的pH Ni2＋ 6.7 9.5 Fe3＋ 1.1 3.2 Fe2＋ 5.8 8.8 Cu2＋ 4.2 7.2 (1)“酸溶”時Ni轉(zhuǎn)化為NiSO4，該過程中溫度控制在70～80 ℃的原因是_______________________

6、_________________________________________________。 (2)“氧化”時，F(xiàn)e2＋參加反應(yīng)的離子方程式為__________________________________。 (3)“除鐵”時需控制溶液的pH范圍為______________。 (4)“濾渣”的主要成分為______________(填化學式)。 (5)“沉鎳”時得到堿式碳酸鎳[用xNiCO3yNi(OH)2表示]沉淀。 ①在隔絕空氣條件下，“煅燒”堿式碳酸鎳得到NiO，該反應(yīng)的化學方程式為____________________________。 ②“沉鎳”時，溶液p

7、H增大，堿式碳酸鎳中Ni元素含量會增加，原因是____________________________________________________________________________。 解析：鎳廢料(主要成分為鎳鐵合金，含少量銅)加稀硫酸、稀硝酸進行“酸溶”，其中鐵、鎳溶于酸，銅也與硝酸反應(yīng)產(chǎn)生氮氧化物；“氧化”時加入H2O2可將“酸溶”后溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋，加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH除去鐵離子，過濾得到氫氧化鐵濾渣和濾液；向除鐵后的濾液中通入H2S氣體，發(fā)生反應(yīng)H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋，除去Cu2＋；再向除銅后的濾液中加入碳酸鈉溶液沉淀鎳離子，過濾、

8、洗滌、干燥得到的固體經(jīng)煅燒得到NiO。 (1)“酸溶”時溫度控制在70～80 ℃的原因是溫度低于70 ℃，反應(yīng)速率降低；溫度高于80 ℃，HNO3 分解(或揮發(fā))加快；(2)“氧化”時，F(xiàn)e2＋被H2O2氧化，離子方程式為 2Fe2＋ ＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；(3)“除鐵”時使Fe3＋完全沉淀，而Ni2＋、Cu2＋不沉淀，故需控制溶液的pH范圍為 3.2≤pH＜4.2；(4)通入H2S使Cu2＋沉淀生成CuS，“濾渣”的主要成分為CuS；(5)①在隔絕空氣條件下，“煅燒”堿式碳酸鎳得到NiO、CO2和H2O，該反應(yīng)的化學方程式為xNiCO3yNi(OH)2(x＋y)

9、NiO＋xCO2↑＋yH2O；②“沉鎳”時，溶液pH增大，堿式碳酸鎳中Ni元素含量會增加，原因是Ni(OH)2中 Ni含量高于 NiCO3，pH 越大，堿式碳酸鎳中 Ni(OH)2 比例增大。 答案：(1)溫度低于70 ℃，反應(yīng)速率降低；溫度高于80 ℃，HNO3 分解(或揮發(fā))加快 (2)2Fe2＋ ＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O (3)3.2≤pH＜4.2 (4)CuS (5)①xNiCO3yNi(OH)2(x＋y)NiO＋xCO2↑＋yH2O ②Ni(OH)2 中 Ni含量高于 NiCO3，pH 越大，堿式碳酸鎳中 Ni(OH)2 比例增大 3．(2018常州

10、一模)利用廢鉛蓄電池的鉛泥(PbO、Pb及PbSO4等)可制備精細無機化工產(chǎn)品3PbOPbSO4H2O(三鹽)，主要制備流程如下： (1)步驟①PbSO4轉(zhuǎn)化為難溶PbCO3的離子方程式為______________________。 (2)濾液1和濾液3經(jīng)脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶可得到的副產(chǎn)品為__________(寫化學式)。 (3)步驟③酸溶時，其中的鉛與硝酸生成Pb(NO3)2及NO的離子方程式為____________________________；濾液2中溶質(zhì)主要成分為______________(寫化學式)。 (4)步驟⑥合成三鹽的化學方程式為_______________

11、_____________________________ ________________________________________________________________________。 (5)步驟⑦洗滌操作時，檢驗沉淀是否洗滌完全的方法是 ________________________________________________________________________。 解析：(1)向鉛泥中加入Na2CO3溶液，PbSO4轉(zhuǎn)化為難溶的PbCO3的離子方程式為CO＋PbSO4===PbCO3＋SO。(2)過濾得到濾液1為Na2SO4，向濾渣中加入硝酸，

12、PbO、Pb、PbCO3都與硝酸反應(yīng)生成Pb(NO3)2，然后加入硫酸，生成PbSO4，過濾，濾液2的主要成分是HNO3，向濾渣中加入NaOH，得到3PbOPbSO4H2O(三鹽)，同時生成Na2SO4，故濾液3為Na2SO4，因此濾液1和濾液3經(jīng)脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶可得到的副產(chǎn)品為Na2SO410H2O(或Na2SO4)。(3)鉛與硝酸生成Pb(NO3)2及NO的離子方程式為3Pb＋8H＋＋2NO===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O，濾液2中溶質(zhì)主要成分為HNO3。(4)步驟⑥合成三鹽的化學方程式4PbSO4＋6NaOH===3Na2SO4＋3PbOPbSO4H2O＋2H2O。(5)該沉淀吸附的

13、離子是硫酸根離子，用鹽酸酸化的BaCl2溶液檢驗。 答案：(1)CO＋PbSO4===PbCO3＋SO (2)Na2SO410H2O(或Na2SO4) (3)3Pb＋8H＋＋2NO===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O　HNO3 (4)4PbSO4＋6NaOH===3Na2SO4＋3PbOPbSO4H2O＋2H2O (5)取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則表明已洗滌完全 4．(2018蘇錫常鎮(zhèn)一調(diào))以菱錳礦(主要成分MnCO3，還含有FeCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgCO3等雜質(zhì))為原料制備二氧化錳的工

14、藝流程如下： 已知草酸鈣、草酸鎂不溶于水。 (1)寫出“氧化”時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：____________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)“中和”的目的是將鐵、鋁元素轉(zhuǎn)化為沉淀除去，化合物X可用______________(寫一種物質(zhì)的化學式)。 (3)該工藝流程中固體1和固體2均需用水洗滌，目的是________________________。 (4)“除雜”時，除去的金屬離子有___________

15、___。 (5)“電解”原理如圖所示，陽極的電極反應(yīng)式為____________________。 (6)該流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有____________________________________。 解析：(1)酸浸后溶液中含有亞鐵離子，能被二氧化錳氧化，則“氧化”時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O。(2)“中和”的目的是將鐵、鋁元素轉(zhuǎn)化為沉淀除去，由于不能再引入新雜質(zhì)，則化合物X可用MnCO3。(3)過濾得到的沉淀表面含有雜質(zhì)離子，因此該工藝流程中固體1和固體2均需用水洗滌濾渣，洗出液用于酸浸工序，提高錳的回收率。(4

16、)已知草酸鈣、草酸鎂不溶于水，則“除雜”時，除去的金屬離子有Ca2＋、Mg2＋。(5)陽極錳離子失去電子轉(zhuǎn)化為二氧化錳，則陽極的電極反應(yīng)式為 Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋。(6)硫酸錳電解生成二氧化錳和硫酸，則該流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有H2SO4、MnO2。 答案：(1)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O (2)MnCO3(或CaCO3等) (3)用水洗滌濾渣，洗出液用于酸浸工序，提高錳的回收率(或用水洗滌濾渣，洗出液循環(huán)利用，提高錳的回收率等) (4)Ca2＋、Mg2＋ (5)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋

17、(6)H2SO4、MnO2 5．(2018南京、鹽城二模)聚合硫酸鐵鋁、聚合氯化鋁是高效水處理劑。以廢鐵屑、廢鋁質(zhì)易拉罐及硫酸為原料，制備聚合硫酸鐵鋁的工藝流程如下： (1)為提高反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ金屬元素的浸出率，可以采取的措施有_______________________。 (2)反應(yīng)Ⅲ中FeSO4轉(zhuǎn)化為Fe2(SO4)3的化學方程式為________________________。 (3)反應(yīng)Ⅲ的溫度應(yīng)控制在50～70 ℃為宜，原因是____________________________。反應(yīng)Ⅲ過程中往往加入少量硝酸鋁，其作用如圖1所示，轉(zhuǎn)化①的離子方程式為__________

18、______________________________________________________________。 (4)寫出Fe2(SO4)3水解生成Fe2(OH)n(SO4)3－的離子方程式：____________________。 (5)利用圖2所示電解裝置可制備凈水劑聚合氯化鋁。實際生產(chǎn)中，陽極附近因為副反應(yīng)可能產(chǎn)生的氣體有________。 解析：(1)為提高反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ金屬元素的浸出率，可以采取的措施有適當提高硫酸濃度、適當提高反應(yīng)溫度、將廢鐵屑、廢鋁質(zhì)易拉罐粉碎或攪拌等。 (2)反應(yīng)Ⅲ向FeSO4中加入硫酸并通入氧氣，轉(zhuǎn)化為Fe2(SO4)3的化學方程式為

19、4FeSO4＋O2＋2H2SO4===2Fe2(SO4)3＋2H2O。 (3)反應(yīng)Ⅲ的溫度應(yīng)控制在50～70 ℃為宜，原因是溫度過低，反應(yīng)速率太慢；溫度過高，金屬離子水解趨勢增強，易形成沉淀，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。反應(yīng)Ⅲ過程中往往加入少量硝酸鋁；Fe2＋在H＋、NO作用下被氧化轉(zhuǎn)化為Fe3＋，則轉(zhuǎn)化①的離子方程式為3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。 (5)實際生產(chǎn)中，陽極附近由于溶液中的Cl－和OH－放電發(fā)生副反應(yīng)可能產(chǎn)生的氣體為Cl2、O2。 答案：(1)適當提高硫酸濃度；適當提高反應(yīng)溫度等 (2)4FeSO4＋O2＋2H2SO4===2Fe2(SO4)3＋2H2

20、O (3)溫度過低，反應(yīng)速率太慢；溫度過高，金屬離子水解趨勢增強，易形成沉淀，影響產(chǎn)品的質(zhì)量 3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O (4)2Fe3＋＋SO＋nH2OFe2(OH)n(SO4)3－＋nH＋ (5)Cl2、O2 6．(2018蘇北四市一模)沉淀碳酸鈣主要用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)。以精選石灰石(含有少量MgCO3、FeCO3雜質(zhì))為原料制備沉淀碳酸鈣的工藝流程如下： (1)流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)有氣體Ⅰ、氣體Ⅱ和__________(填化學式)。 (2)“碳化”時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________________________

21、__________，該過程中通入氣體Ⅰ和氣體Ⅱ的順序是____________。 (3)工業(yè)上常用電解氯化鈉和氯化鈣熔融物來制備金屬鈉，原理如圖所示： ①電解過程中，加入氯化鈣的目的是________________。 ②石墨電極發(fā)生的電極反應(yīng)方程式為________________________________________。 ③電解得到的Na中約含1%的Ca，除去其中少量Ca的方法為________________。 已知部分物質(zhì)的熔沸點如下表： 物質(zhì) 熔點(K) 沸點(K) Na 370 1 156 Ca 1 123 1 757 解析：精選石灰

22、石煅燒得到氧化鎂、氧化亞鐵、氧化鈣和氣體Ⅰ二氧化碳，固體加入氯化銨溶液浸取后用雙氧水氧化，確保亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，再加入氧化鈣調(diào)節(jié)pH，堿性條件下反應(yīng)得到氣體Ⅱ為氨氣，并使鐵離子、鎂離子轉(zhuǎn)化為沉淀，過濾，濾渣為氫氧化鐵、氫氧化鎂，過濾后的溶液以氯化鈣為溶質(zhì)，先通入足量的氨氣，再通入適量的二氧化碳，得到氯化銨和碳酸鈣，過濾得到濾液為氯化銨，沉淀為碳酸鈣。 (1)該工藝中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是參加反應(yīng)，反應(yīng)后又生成的物質(zhì)，流程圖分析判斷氣體Ⅰ、氣體Ⅱ分別為二氧化碳和氨氣，可以循環(huán)使用，另外濾液NH4Cl也可以循環(huán)使用。(2)“碳化”時氯化鈣溶液中通入氨氣和二氧化碳生成碳酸鈣和氯化銨，發(fā)生反應(yīng)的離

23、子方程式為Ca2＋＋CO2＋2NH3＋H2O===CaCO3↓＋2NH，氨氣溶解度大，為保證溶解更多氣體，該過程中先通入氣體Ⅱ，再在堿性溶液中通入氣體Ⅰ。(3)①電解過程中，加入氯化鈣的目的是降低電解質(zhì)的熔融溫度，降低能耗。②鐵為活潑金屬，電解氯化鈉制鈉時不能作為陽極，故石墨電極為陽極，發(fā)生的電極反應(yīng)方程式為2Cl－－2e－===Cl2↑。③電解得到的Na中約含1%的Ca，除去其中少量Ca的方法為控制溫度在1 156～1 757 K間蒸餾。 答案：(1)NH4Cl　(2)Ca2＋＋CO2＋2NH3＋H2O===CaCO3↓＋2NH　先通入氣體Ⅱ(或后通氣體Ⅰ)　(3)①降低電解質(zhì)的熔融溫度，

24、降低能耗?、?Cl－－2e－===Cl2↑　③控制溫度在1 156～1 757 K間蒸餾 7．以粉煤灰(主要成分為Al2O3和SiO2，還含有少量的FeO、Fe2O3等)為原料制備Al2O3的流程如下： (1)“酸浸”時需加入過量的稀硫酸，目的是提高浸取率和________；濾渣的主要成分是________。 (2)“氧化”過程中，加入H2O2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________________。 (3)“提純”過程中，當加入NaOH溶液達到沉淀量最大時，溶液中c(SO)∶c(Na＋)＝________。 (4)已知Ksp[Fe(OH)3]＝110－39?！疤峒儭边^程

25、中，當c(Fe3＋)<10－6 molL－1時，溶液中c(OH－)>____________molL－1。 (5)“沉淀”過程中，通入過量CO2時發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為______________。 解析：(1)根據(jù)粉煤灰含有成分，加入硫酸發(fā)生的反應(yīng)是Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，F(xiàn)eO＋2H＋===Fe2＋＋H2O，F(xiàn)e2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，加入過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，因此濾渣是SiO2。(2)過氧化氫具有強氧化性，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，離子反應(yīng)方程式為H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2F

26、e3＋＋2H2O。(3)加入NaOH溶液，達到沉淀量最大，發(fā)生Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，F(xiàn)e3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，此時溶液中溶質(zhì)為Na2SO4，即c(SO)∶c(Na＋)＝1∶2。(4)根據(jù)Ksp＝c(Fe3＋)c3(OH－)，因為c(Fe3＋)<10－6 molL－1，c(OH－)>10－11molL－1。(5)利用碳酸的酸性強于偏鋁酸，因此有NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3。 答案：(1)抑制Al3＋水解(或為后續(xù)反應(yīng)提供H＋)　SiO2 (2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O (3)1∶2 (

27、4)110－11 (5)NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 8．(2018蘇州一模)實驗室用硼鎂泥為原料制取MgSO47H2O粗產(chǎn)品的過程如下： 硼鎂泥的主要成分如下表： MgO SiO2 FeO、Fe2O3 CaO Al2O3 B2O3 30%～40% 20%～25% 5%～15% 2%～3% 1%～2% 1%～2% (1)“酸解”時為提高Mg2＋的浸出率，可采用的措施是________________________(寫一種)。所加酸不宜過量太多的原因是______________________________

28、___。 (2)“氧化”步驟中，若用H2O2代替Ca(ClO)2，則發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________。實際未使用H2O2，除H2O2成本高外，還可能的原因是______________________________ ________________________。 (3)“調(diào)pH”時用MgO而不用NaOH溶液的原因是__________________________。 (4)結(jié)合附表信息，由MgSO47H2O粗產(chǎn)品(含少量CaSO4)提純獲取MgSO47H2O的實驗方案如下：將粗產(chǎn)品溶于水，________________，室溫下自然揮發(fā)干燥。(實驗中必須使用的試劑有

29、：飽和MgSO4溶液，乙醇) 附：兩種鹽的溶解度(g/100 g水) 溫度/℃ 10 30 40 50 CaSO4 0.19 0.21 0.21 0.20 MgSO47H2O 30.9 35.5 40.8 45.6 解析：(1)“酸解”時為提高Mg2＋的浸出率，可采用：硼鎂泥粉碎、加熱、攪拌、提高酸液濃度等措施；在后續(xù)操作中要加入MgO以調(diào)節(jié)溶液的pH，所加酸不宜過量太多的原因是避免調(diào)pH時消耗過多的MgO；(2)“氧化”步驟主要是將Fe2＋氧化，若用H2O2代替Ca(ClO)，離子方程式為H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，實際未使用H2O2，除H2O2成本高外，還因為H2O2不穩(wěn)定易分解或Fe3＋等金屬離子會催化H2O2的分解；(3)“調(diào)pH”時用MgO而不用NaOH溶液，是避免引入新的雜質(zhì)或防止加入的NaOH引入Na＋雜質(zhì)。 答案：(1)加熱(或攪拌、提高酸液濃度等)　避免調(diào)pH時消耗過多的MgO (2)H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　H2O2不穩(wěn)定易分解或Fe3＋等金屬離子會催化H2O2的分解 (3)防止加入的NaOH引入Na＋雜質(zhì) (4)加熱濃縮，趁熱過濾；將濾液冷卻結(jié)晶，過濾，用飽和MgSO4溶液洗滌，再用乙醇洗滌 10