2023届高三化学二轮复习 07 常考题空7 工艺流程中加入试剂的作用和循环物质的确定
展开1.判断加入的试剂及分析试剂作用的基本思路
(1)看反应目的:分析加入试剂后化学反应实现的目的
(2)看试剂性质:分析加入试剂本身的性质(物质类别、所含元素的化合价、周期表中的位置等)
(3)看生成物:分析反应前后的物质组成的变化
(4)看可能信息:综合利用流程信息和题中设问提供的信息
2.工艺流程中的物质确定
(1)循环物质的确定
(2)副产品的确定
(3)滤渣成分的确定
①过量的反应物
②原料中不参与反应的物质
③由原料转化的生成物
④由杂质转化的沉淀物
【题组训练】
1.高锰酸钾生产过程中产生的废锰渣(主要成分为MnO2、KOH、MgO和Fe2O3)可用于制备MnSO4晶体,工艺流程如下:
“反应Ⅱ”中硫铁矿(FeS2)的作用为______________________________________
2.如图所示,艺流程如下:
(1)“除铁”时需将溶液的pH调至3左右,加入的化合物X是________(填化学式)
(2)酸浸时H2O2的作用是_____________________________________
3.以某冶金工业产生的废渣(含Cr2O3、SiO2及少量的Al2O3)为原料,根据下列流程可制备K2Cr2O7。
上述流程中可循环使用的物质是________________
4.如图所示,艺流程如下:
“蒸氨沉锌”工序中,“蒸氨”是将氨及其盐从固液混合物中蒸出,蒸出物冷凝吸收后得到的碳化氨水可返回________工序循环使用
5.硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:
在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀,母液经加热后可返回________工序循环使用
6.从分金渣(主要成分为AgCl、Ag2S、PbSO4、BaSO4)中获取高纯银的流程如图所示:
(1)“分银渣”的主要成分为PbSO4、BaSO4、________(填化学式)
(2)该流程中可循环使用的物质为________
7.高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如图所示。回答下列问题:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 ml·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
(1)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是______________________________________________
(2)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是______________
8.2019年诺贝尔化学奖颁给了为锂电池发展作出突出贡献的三位科学家。某废旧锂电池正极主要由LiFePO4、铝箔、炭黑等组成,Fe、Li、P具有极高的回收价值,具体流程如图
过程ⅱ中HCl/H2O2的作用是____________________________________________
9.随着钴酸锂电池的普及使用,从废旧的钴酸锂电池中提取锂、钴等金属材料意义重大。下图是废旧钴酸锂电池材料(主要成分为LiCO2,含少量铁、铝、铜等元素的化合物)回收工艺流程:
(1)“拆解”前需进行“放电”处理的目的是_____________________________________________________,用食盐水浸泡是放电的常用方法,浸泡放电过程中产生的气体主要有________
(2)滤液1中加入Na2SO3的主要目的是_______________________;加入NaClO3的主要目的是___________
10.某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:
回答下列问题:
(1)“滤液②”中含有的金属离子是________
(2)“转化”中可替代H2O2的物质是________,若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即
“滤液③”中可能含有的杂质离子为________
(3)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用,其意义是_______________________________
11.二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土化合物。以氟碳铈矿(主要含CeCO3F)为原料制备CeO2的一种工艺流程如图:
已知:i.Ce4+能与F-结合成[CeFx](4-x)+,也能与SOeq \\al(2-,4)结合成[CeSO4]2+;
ii.在硫酸体系中Ce4+能被萃取剂[(HA)2]萃取,而Ce3+不能
iii.常温下,Ce2(CO3)3饱和溶液浓度为1.0×10-6 ml/L,请回答下列问题:
(1) “萃取”时存在反应:Ce4++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H+,萃取后水层中还存在的含铈元素的微粒主要是________,经处理后可循环使用
(2)“反萃取”中加H2O2的主要反应离子方程式为______________________________________________,在“反萃取”后所得水层中加入1.0 ml/L的NH4HCO3溶液,产生Ce2(CO3)3沉淀,当Ce3+沉淀完全时[c(Ce3+)=1×10-5 ml/L],溶液中c(COeq \\al(2-,3))约为________
12.工业利用硼矿石(2MgO·B2O3)制备单质B并联产轻质MgO的流程如下:
硼酸(H3BO3)的溶解度
操作1是____________________________,整个流程中可循环利用的物质是________
13.轻质碳酸钙(CaCO3)是一种重要的化工产品,广泛应用于油漆、塑料、橡胶和造纸等工业。一种以低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)为原料生产高纯度轻质碳酸钙的循环工艺流程如图:
回答下列问题:
(1)气体A为________,滤渣的主要成分是____________________
(2)“沉钙”过程中发生反应的化学方程式为_________________________________
(3)“系列操作”包含有:____________________
(4)氧化镁可以在尾液处理中循环使用,______和________可循环使用于石灰石制备轻质碳酸钙的过程中。
14.氧化钡广泛用于玻璃、陶瓷工业,是制取过氧化钡和钡盐的原料。一种利用钡泥[含BaCO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等]制取氧化钡的绿色工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)酸溶时,Ba(FeO2)2与稀硝酸反应的化学方程式为___________________________
(2)产生滤渣1反应的离子方程式是_________________________________________
(3)操作Ⅰ调pH=4~5的目的是__________________________________________
(4)过滤3所得母液应返回________工序循环使用。
【常考题空7 工艺流程中加入试剂的作用和循环物质的确定】答案
1.将MnO2还原为Mn2+
2.(1)NaOH (2)将C2O3还原为C2+
3.CO2和Na2CO3
4.浸取
5.溶浸
6.(1)S
(2)盐酸
解析:分金渣中加入氯化铁进行“预处理”,氯化铁具有氧化性,能与硫化银发生氧化还原反应生成氯化亚铁、单质硫、AgCl;“分银”时,加入亚硫酸钠,AgCl与Na2SO3反应生成Ag(SO3)eq \\al(3-,2),而PbSO4、BaSO4及“预处理”时生成的单质S不溶于水,则分银渣为PbSO4、BaSO4、单质S;“沉银”时加入盐酸,使Ag(SO3)eq \\al(3-,2)生成氯化银沉淀;“还原”时氯化银与甲醛反应生成甲酸、单质银和氯化氢。
7.(1)将Fe2+氧化为Fe3+
(2)NiS和ZnS
8.溶解LiFePO4,将Fe2+氧化为Fe3+
解析:加入盐酸,可溶解LiFePO4,过氧化氢具有强氧化性,与亚铁离子发生2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,将Fe2+氧化为Fe3+,便于分离除去。
9.(1)防止在电池拆解过程中发生短路引起火灾及操作人员触电 H2、Cl2
(2)将C3+还原为C2+ 将Fe2+氧化为Fe3+
解析:(1)电池在拆解过程中容易发生短路引起火灾或导致操作人员触电,则拆解前必须进行放电处理;用食盐水浸泡放电过程实际是电解食盐水的过程,电解时,氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气,水电离出的氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气。(2)C3+具有氧化性,向滤液1中加入具有还原性的Na2SO3,能将C3+还原为C2+;亚铁离子具有还原性,加入具有氧化性的NaClO3,能 将Fe2+氧化为Fe3+,便于调节pH时,将Fe3+转化为氢氧化铁沉淀。
10.(1)Ni2+、Fe2+、Fe3+
(2)O2或空气 Fe3+
(3)提高镍回收率
11.(1)[CeSO4]2+、Ce4+
(2)2Ce4++H2O2===2Ce3++O2↑+2H+ 1×10-6 ml/L
12.蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 CO2
13.(1)CO2 Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2
(2)CaCl2+(NH4)2CO3===CaCO3↓+2NH4Cl
(3)加热蒸发、煅烧
(4)HCl NH3
解析:(1)低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)用盐酸酸溶,CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3分别与盐酸发生复分解反应,离子方程式为CaCO3+2H+===H2O+CO2↑+Ca2+,MnCO3+2H+===H2O+CO2↑+Mn2+,Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O,Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,所以气体A为CO2,向粗制的氯化钙溶液中通入氨气,除去Fe3+、Al3+、Mn2+,过滤得到滤渣的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2。(2)气体A为CO2,用水吸收氨气和二氧化碳生成碳酸铵,“沉钙”过程中氯化钙与碳酸铵发生复分解反应:CaCl2+(NH4)2CO3===CaCO3↓+2NH4Cl得到碳酸钙沉淀和氯化铵。(3)镁的氯化物在溶液中水解生成氢氧化镁和HCl,加热时HCl挥发促进水解,气体C为氯化氢,最终生成氢氧化镁,焙烧得MgO,“系列操作”包含有加热蒸发、煅烧。(4)氯化镁加热蒸发,水解生成氢氧化镁和HCl,气体C为氯化氢,溶于水为盐酸,可用于溶解低品位石灰石,氯化铵中加入氧化镁并加热,反应生成氯化镁、氨气和水;向粗制的氯化钙溶液中通入氨气,除去Fe3+、Al3+、Mn2+,所以HCl、NH3可循环使用于石灰石制备轻质碳酸钙的过程中。
14.(1)Ba(FeO2)2+8HNO3===Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O
(2)3BaSO3+2H++2NOeq \\al(-,3)===3BaSO4↓+2NO↑+H2O
(3)将铁离子转化为氢氧化铁沉淀而除去
(4)操作Ⅱ
解析:(1)酸溶时,Ba(FeO2)2与稀硝酸反应的化学方程式为Ba(FeO2)2+8HNO3===Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O。(2)产生滤渣1反应的离子方程式是3BaSO3+2H++2NOeq \\al(-,3)===3BaSO4↓+2NO↑+H2O。(3)操作Ⅰ调pH=4~5的目的是将铁离子转化为氢氧化铁沉淀而除去。(4)母液中含有硝酸钡,过滤3所得母液应返回操作Ⅱ工序循环使用,提高钡离子的利用率。
金属离子
Mn2+
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mg2+
Zn2+
Ni2+
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
8.9
金属离子
Ni2+
Al3+
Fe3+
Fe2+
开始沉淀时(c=0.01 ml·L-1)的pH
7.2
3.7
2.2
7.5
沉淀完全时(c=1.0×10-5 ml·L-1)的pH
8.7
4.7
3.2
9.0
温度/℃
0
10
20
30
40
80
溶解度/g
2.77
3.65
4.87
6.77
8.90
23.54
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