2020届高考化学二轮复习化学工艺流程作业 练习

大题题型集训(二)　化学工艺流程

(建议用时：35分钟)

(对应学生用书第170页)

1．(2019·广西名校联考)碳酸锰(MnCO3)是制造电信器材的软磁铁氧体，也用作脱硫的催化剂，瓷釉、涂料和清漆的颜料。工业上利用软锰矿(主要成分是MnO2，还含有Fe2O3、CaCO3、CuO等杂质)制取碳酸锰的流程如下图所示：

已知：还原焙烧的主反应为2MnO2＋C2MnO＋CO2↑。

可能用到的数据如下：

 根据要求回答下列问题：

(1)在实验室进行步骤A操作时，需要用到的主要仪器名称为________。

(2)步骤C中得到的滤渣主要成分是CaSO4和________，步骤D中还原剂与氧化剂的物质的量之比为________。

(3)步骤E中调节pH的范围为________，其目的是_____________________

_____________________________________________________。

(4)步骤G发生的离子方程式为_______________________________

______________________________________________________，

若Mn2＋沉淀完全时测得溶液中CO的浓度为2.2×10－6 mol·L－1，则Ksp(MnCO3)＝________。

(5)实验室可以用Na2S2O8溶液来检验Mn2＋是否完全发生反应，原理为Mn2＋＋S2O＋H2O―→H＋＋SO＋MnO，确认Mn2＋已经完全反应的现象是______________________________________________________

_____________________________________________________。

[解析]　(2)步骤C中得到的滤渣是不溶于水的Cu和微溶的CaSO4，步骤D中加入MnO2氧化溶液中的Fe2＋，其中Mn从＋4价降为＋2价，Fe从＋2价升高为＋3价，Fe2＋是还原剂，根据电子守恒，还原剂与氧化剂的物质的量之比为2∶1。

(3)由图表可知为了使Fe3＋转化为Fe(OH)3而除去，而不影响Mn2＋，步骤E中调节pH的范围为大于Fe(OH)3的沉淀的pH而小于Mn2＋形成沉淀需要的pH，即选择条件为3.7≤pH<8.3(或3.7<pH<8.3)。

(4)在含有Mn2＋的溶液中加入NH4HCO3生成MnCO3沉淀，发生反应的离子方程式为Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mn2＋沉淀完全时其浓度为1×10－5 mol·L－1，溶液中CO的浓度为2.2×10－6 mol·L－1，则Ksp(MnCO3)＝(1×10－5 mol·L－1)×(2.2×10－6 mol·L－1)＝2.2×10－11。

(5)可利用Na2S2O8溶液与Mn2＋反应生成MnO(紫色)来检验Mn2＋是否存在。

[答案]　(1)坩埚　(2)Cu　2∶1　(3) 3.7≤pH<8.3(或3.7<pH<8.3)　使Fe3＋转化为Fe(OH)3而除去，不影响Mn2＋　(4)Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O　2.2×10－11　(5)取少量试样于试管中，滴入Na2S2O8溶液，溶液不变为紫色则Mn2＋已完全反应

2．(2019·上饶六校联考)钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)常用于制造阻燃剂和无公害型冷水系统的金属抑制剂。下图是利用钼精矿(主要成分是MoS2，含少量PbS等)为原料生产钼酸钠晶体的工艺流程图：

根据以上工艺流程图，回答下列问题：

(1)提高焙烧效率的方法有______________________________。(写任意一种即可)

(2)“焙烧”时MoS2转化为MoO3，该反应的化学方程式为______________，

氧化产物是________。

(3)“碱浸”时生成CO2的电子式为________，“碱浸”时含钼化合物发生的主要反应的离子方程式为____________________________。

(4)若“除重金属离子”时加入的沉淀剂为Na2S，则废渣成分的化学式为__________________。

(5)测得“除重金属离子”中部分离子的浓度：c(MoO)＝0.20 mol·L－1，c(SO)＝0.01 mol·L－1。“结晶”前应先除去SO，方法是加入Ba(OH)2固体。假设加入Ba(OH)2固体后溶液体积不变，当BaMoO4开始沉淀时，去除的SO的质量分数为________%。[已知Ksp(BaSO4)＝1×10－10，Ksp(BaMoO4)＝2.0×10－8]

(6)钼精矿在酸性条件下，加入NaNO3溶液，也可以制备钼酸钠，同时有SO生成，该反应的离子方程式为__________________________

_____________________________________________________。

[解析]　(2)根据工艺流程，焙烧时，通入空气，产生MoO3和SO2，即化学方程式为2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2；氧化产物是还原剂被氧化后得到的产物，根据化学反应方程式中Mo、S的化合价升高，即氧化产物是MoO3、SO2。

(3)根据问题(5)，碱浸时，Mo元素以MoO的形式存在，即“碱浸”时含钼化合物发生的主要离子反应是MoO3＋CO===MoO＋CO2↑。

(5)根据溶度积，SO先沉淀出来，BaMoO4开始出现沉淀，此时溶液中c(Ba2＋)＝＝＝1.0×10－7 mol·L－1，此时溶液中c(SO)＝Ksp(BaSO4)/c(Ba2＋)＝1×10－10/1.0×10－7 mol·L－1＝1.0×10－3 mol·L－1，令溶液的体积为V L，去除SO的质量分数为×100%＝90%。

(6)MoS2与NO反应，S和Mo的化合价都升高，S原子被氧化成SO，钼元素以MoO的形式存在，NO中N的化合价降低，转化成NO。

[答案]　(1)粉碎固体颗粒　(2)2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2　MoO3、SO2　(3) 　MoO3＋CO===MoO＋CO2↑　(4)PbS　(5)90　(6)MoS2＋6NO===MoO＋2SO＋6NO↑

3．铬和铬的化合物是重要的化工原料，含铬废液易造成环境污染。以某铬矿石(主要成分是Cr2O3，含FeO、SiO2等杂质)为原料生产Cr2O3的工业流程如图所示：

已知：Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋，Ksp[Cr(OH)3]＝6.4×10－31，lg 2＝0.3

(1)步骤Ⅱ中为了提高反应速率应该采取的措施有______________________。(任写2种)

(2)滤液1中的阴离子除CO外，主要还有__________________________。

(3)步骤Ⅳ发生的反应中Cr2O和蔗糖(C12H22O11)的物质的量之比为________。

(4)步骤Ⅴ中为了使Cr3＋完全沉淀[此时，c(Cr3＋)≤10－5mol·L－1]，常温下，pH至少调至________。

(5)氯化铬酰(CrO2Cl2)是红色液体，它可由固体红矾(K2Cr2O7)与KCl和浓硫酸在小心加热情况下制得，写出制备CrO2Cl2的化学方程式______________________________________________________

_____________________________________________________。

(6)钢铁分析中为消除铬对测定锰含量的干扰，利用(5)中反应生成的CrO2Cl2加热挥发而除去。然后将气体通入亚硫酸钠溶液吸收。写出吸收过程中的化学方程式

_____________________________________________________。

[解析]　铬矿石(主要成分是Cr2O3，含FeO、SiO2等杂质)中加入纯碱和氧气，高温下，SiO2和纯碱反应生成硅酸钠，FeO被氧化为氧化铁，根据信息滤液2与蔗糖反应生成含Cr3＋的溶液，结合信息Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋，可知滤液1中含有Na2CrO4、Na2SiO3及过量的碳酸钠，固体1为氧化铁。加入硫酸可使硅酸根离子转化为沉淀，则滤液2中含有Na2Cr2O7、Na2SO4，再与蔗糖、尿素反应后，滤液3中的主要的溶质为(NH4)2SO4、Na2SO4。(2)滤液1中含有Na2CrO4、Na2SiO3及过量的碳酸钠，则滤液1中的阴离子除CO外，主要还有CrO、SiO。(3)Cr2O和蔗糖(C12H22O11)的反应中Cr的化合价由＋6降为＋3，C由0价升高到＋4价，根据得失电子守恒：6n(Cr2O)＝48n(C12H22O11)，则n(Cr2O)∶n(C12H22O11)＝8∶1。

(4)为了使Cr3＋完全沉淀[此时，c(Cr3＋)≤10－5 mol·L－1]，根据Ksp[Cr(OH)3]＝c(Cr3＋)·c3(OH－)＝6.4×10－31，c(OH－)＝4×10－9mol·L－1，则c(H＋)＝10－14/(4×10－9)mol·L－1＝0.25×10－5mol·L－1，pH＝5.6。

(6)CrO2Cl2中Cr为＋6价，被还原为＋3价，Na2SO3中S为＋4价被氧化为＋6价。

[答案]　(1)适当升温、粉碎铬矿石、搅拌等(合理答案均可)

(2)CrO、SiO　(3)8∶1　(4)5.6

(5)K2Cr2O7＋4KCl＋3H2SO4===3K2SO4＋2CrO2Cl2＋3H2O

(6)6CrO2Cl2＋9Na2SO3＋3H2O===2Cr2(SO4)3＋12NaCl＋2Cr(OH)3↓＋3Na2SO4

4．(2019·淄博二模)用工业制立德粉后的铅锌废渣(主要成分为ZnO和PbSO4，杂质为含Si、Fe3＋、Cu、Cd等元素的化合物)为原料，制活性氧化锌和黄色颜料铅铬黄，工业流程如图所示：

已知常温下Ksp(PbSO4)＝1.6×10－5，Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－38。

(1)“碱浸”过程中PbSO4发生反应的离子方程式为______________________________________________________

______________________________________________________，

气体A的化学式为______________________。

(2)“酸浸”过程中，在常温下应控制pH不低于______________。

(3)“沉降Ⅰ”中发生沉降反应的离子方程式为__________________

_____________________________________________________。

(4)滤液D中溶质的主要成分为________。

(5)以1 t含锌元素10%的铅锌废渣制得活性氧化锌113.4 kg，依据以上数据能否计算出锌元素的回收率。若能，写出计算结果，若不能，请说明理由：______________________________________________________

_____________________________________________________。

(6)常温下NH3·H2O的电离常数Kb＝1.8×10－5；碳酸的电离常数：Ka1＝4.4×10－7，Ka2＝5.6×10－11。该温度下某浓度的(NH4)2CO3溶液中c(NH)/c(NH3·H2O)＝18。则溶液pH为________，c(HCO)/c(H2CO3)＝________。

[解析]　(1)已知：常温下Ksp(PbSO4)＝1.6×10－5，Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14，所以“碱浸”过程中PbSO4发生反应的离子方程式为PbSO4 (s) ＋ CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)；“酸浸”后产生的气体为二氧化碳，化学式为CO2。

(2)“酸浸”过程中，若pH过低，酸性强，铁与酸反应生成的有关铁的化合物进入滤液中，再加碱时，会出现氢氧化铁沉淀，根据c(Fe3＋)＝1×10－5 mol·L－1时，Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)×c3(OH－)＝1.0×10－38，c(OH－)＝10－11 mol·L－1，c(H＋)＝10－3 mol·L－1，pH＝3，因此要想除去铁离子，在常温下应控制pH不低于3。

(4)由图知滤液B中含有的离子为Zn2＋ 、NH、 CO，加硫酸调节溶液的pH＝6.0～6.5出现Zn2(OH)2CO3，滤液为(NH4)2SO4。

(5)除去铜、镉的过程中添加了锌粉，最终ZnO中的锌元素不完全来自于铅锌废渣，无法计算铅锌废渣中锌元素的回收率，所以结论为不能。

(6)常温下NH3·H2O的电离常数Kb＝1.8×10－5；则NH的水解平衡常数为1×10－14/1.8×10－5，溶液中存在：NH＋H2ONH3·H2O＋H＋ 则c(NH3·H2O)×c(H＋)/c(NH)＝1×10－14/1.8×10－5，已知：c(NH)/c(NH3·H2O)＝18，所以c(H＋)＝10－8 mol·L－1，则溶液pH为8；溶液中存在HCO＋H2O H2CO3＋OH－，碳酸的电离常数：Ka1＝4.4×10－7，Ka2＝5.6×10－11；可知Kh2＝c(H2CO3)×c(OH－)/c(HCO)＝1×10－14/4.4×10－7，又因为c(OH－)＝10－6 mol·L－1，所以c(HCO)/c(H2CO3)＝44。

[答案]　(1)PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)　CO2　(2)3　(3)2Pb2＋＋2OH－＋Cr2O===2PbCrO4↓＋H2O　(4)(NH4)2SO4　(5)不能，因为除去铜、镉的过程中添加了锌粉，最终ZnO中的锌元素不完全来自于铅锌废渣，无法计算铅锌废渣中锌元素的回收率　(6)8　44

5．(2019·试题调研)钒是一种熔点很高的金属，具有良好的可塑性和低温抗腐蚀性，有延展性、硬度大，无磁性。广泛应用于钢铁、航空航天、能源、化工等领域。工业上常用钒炉渣(主要含FeO·V2O3，还有少量SiO2、P2O5等杂质)提取V2O5的流程如图1所示：

图1

(1)焙烧的目的是将FeO·V2O3转化为可溶性NaVO3，其中铁元素的化合价转化为＋3，写出该反应的化学方程式：________________________________。

(2)加MgSO4溶液的步骤中，滤渣的主要成分是______(用化学式表示)。

(3)沉钒过程中发生反应的离子方程式为_________________________

______________________________________________________，

得到的固体物质往往需要洗涤，写出实验室洗涤NH4VO3沉淀的操作方法：______________________________________________________

_____________________________________________________。

(4)已知常温下NH4VO3的溶解度为0.468 g，则NH4VO3的溶度积常数为________。(假设水溶解溶质后体积不变)

(5)元素钒在溶液中还可以以V2＋(紫色)、V3＋(绿色)、VO2＋(蓝色)、VO(淡黄色)等形式存在。利用钒元素微粒间的反应设计的可充电电池的工作原理如图2所示，已知溶液中还含有1 mol H2SO4，请回答下列问题：

图2

①充电时，左槽溶液的颜色由蓝色逐渐变为淡黄色，则左槽电极上发生的电极反应式为_____________________________________________________。

②放电过程中，右槽溶液颜色变化为________________，若此时外电路转移了3.01×1022个电子，则左槽溶液中H＋的变化量Δn(H＋)＝________。

[解析]　向钒炉渣中加入碳酸钠并在空气中焙烧，生成的有NaVO3、氧化铁、硅酸钠、磷酸钠，水浸后得到的浸出渣中含有氧化铁，浸出液为NaVO3、硅酸钠、磷酸钠的水溶液，向滤液中加入硫酸镁生成难溶的硅酸镁、磷酸镁沉

淀，过滤后向溶液中再加入硫酸铵生成NH4VO3沉淀，NH4VO3经加热生成V2O5。(4)常温下NH4VO3的溶解度为0.468 g，即100 g水中溶解的NH4VO3的物质的量为＝0.004 mol，溶液体积为0.1 L，则饱和NH4VO3的浓度为0.04 mol/L，溶度积常数Ksp＝c(NH)·c(VO)＝0.04×0.04＝1.6×10－3。(5)①充电时，左槽溶液由蓝色逐渐变为淡黄色，说明左侧电极上VO2＋(蓝色)失去电子生成VO(淡黄色)，左槽电极为阳极，电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋；②放电过程中，右槽电极是负极，负极失电子钒元素化合价升高，由V2＋变为V3＋，溶液颜色由紫色变为绿色，放电时正极反应为VO＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O，若此时外电路转移了3.01×1022个电子，则左槽溶液中消耗氢离子0.1 mol，同时0.05 mol氢离子由右槽经质子交换膜进入左槽，则左槽溶液中H＋的变化量Δn(H＋)＝0.1 mol－0.05 mol＝0.05 mol。

[答案]　(1)4FeO·V2O3＋4Na2CO3＋5O28NaVO3＋2Fe2O3＋4CO2　(2)MgSiO3、Mg3(PO4)2　(3)NH＋VO===NH4VO3↓　往漏斗中加水至浸没沉淀，让水自然流下，重复2～3次　(4)1.6×10－3　(5)①VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋　②由紫色变为绿色　0.05 mol