2020届二轮复习 无机化学工艺流程 作业（江苏专用） 练习

无机化学工艺流程

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(LiMn2O4)的工艺流程如下：

(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：①适当升高温度；②搅拌；③____________等。

(2)“除铁”时，加入CaO的目的是______________________________________。

(3)加入MnF2是为了除去溶液中的Ca2＋，若控制溶液中F－浓度为3×10－3 mol·L－1，则Ca2＋的浓度为________mol·L－1[常温时Ksp(CaF2)＝2.7×10－11]。

(4)“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3～5 h，然后升温至600～750 ℃，保温24 h，自然冷却至室温得产品。

①升温到515 ℃时，开始有CO2产生，比预计碳酸锂的分解温度(723 ℃)低得多。可能的原因是________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②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：①适当升高温度；②搅拌；③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沉淀而除去。(3)加入MnF2是为了除去溶液中的Ca2＋，若控制溶液中F－浓度为3×10－3 mol·L－1，则c(Ca2＋)＝＝ mol·L－1＝3×10－6 mol·L－1。(4)根据流程图分析可知滤液中MnSO4被K2S2O8氧化生成MnO2，则“合成MnO2”的化学方程式为MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4。(5)①可能的原因是MnO2是催化剂，加快了碳酸锂分解。②该反应的化学方程式为8MnO2＋2Li2CO3600～750 ℃,4LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。

答案：(1)增大硫酸的浓度(或将碳酸锰矿研成粉末等)

(2)调节溶液的pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀而除去

(3)3×10－6

(4)MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4

(5)①MnO2是催化剂，加快了碳酸锂分解

②8MnO2＋2Li2CO34LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑

2．(2019·常州一模)金属加工前常用盐酸对金属表面氧化物进行清洗，会产生酸洗废水。pH在2左右的某酸洗废水含铁元素质量分数约3%，其他金属元素如铜、镍、锌浓度较低，综合利用酸洗废水可制备三氯化铁。制备过程如下

相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：

回答下列问题：

(1)“中和”时调节pH至________，有利于后续制备得纯度较高的产品。

(2)处理酸洗废水中和后的滤渣，使铁元素浸出。按照不同的固液比投入“过滤”后滤渣和工业盐酸进行反应的铁浸出率如图所示，实际生产中固液比选择1.5∶1的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)写出“氧化”中发生的离子反应方程式：___________________________________

________________________________________________________________________。

(4)“酸溶”后需根据溶液中Fe2＋含量确定氧化剂的投入量。用K2Cr2O7标准溶液测定Fe2＋(Cr2O被还原为Cr3＋)的含量，该离子反应方程式为____________________________

________________________________________________________________________。

(5)将氯化铁溶液在一定条件下________、________、过滤、洗涤、在氯化氢气氛中干燥得FeCl3·6H2O晶体，在实验室过滤装置中洗涤固体的方法是________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)为了后续制备得纯度较高的产品，“中和”时加入熟石灰调节pH使Fe3＋沉淀而其他离子不沉淀则调节pH至3.7～4.2。

(2)由题图分析可知，固液比大则铁浸出率低，固液比小则铁浸出率高。实际生产中固液比选择1.5∶1的原因是固液比大则铁浸出率低；固液比小则所得FeCl3溶液浓度较低，蒸发浓缩需消耗过多的能量，提高了成本。

(3)“氧化”是把溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，离子反应方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。

(4)用K2Cr2O7标准溶液测定Fe2＋(Cr2O被还原为Cr3＋)的含量，该离子反应方程式为6Fe2＋＋Cr2O＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O。

答案：(1)3.7～4.2

(2)固液比大则铁浸出率低；固液比小则所得FeCl3溶液浓度较低，蒸发浓缩需消耗过多的能量，提高了成本

(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

(4)6Fe2＋＋Cr2O＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O

(5)蒸发浓缩　冷却结晶

加蒸馏水至恰好浸没固体，待水自然流出，重复2～3次

3．(2019·南京三模)以镍废料(主要成分为镍铁合金，含少量铜)为原料，生产NiO的部分工艺流程如下：

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)。

(1)“酸溶”时Ni转化为NiSO4，该过程中温度控制在70～80 ℃的原因是________________________________________________________________________。

(2)“氧化”时，Fe2＋参加反应的离子方程式为______________________________

________________________________________________________________________。

(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)。

(5)“沉镍”时得到碱式碳酸镍[用xNiCO3·yNi(OH)2表示]沉淀。

①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________________________________________________________________________。

②“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H2S＋Cu2＋===CuS↓＋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70～80 ℃的原因是温度低于70 ℃，反应速率降低；温度高于80 ℃，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3.2≤pH＜4.2。(4)通入H2S使Cu2＋沉淀，反应的离子方程式为Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋，则“滤渣”的主要成分为CuS。(5)①在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO、CO2和H2O，该反应的化学方程式为xNiCO3·yNi(OH)2(x＋y)NiO＋xCO2↑＋yH2O；②Ni(OH)2中Ni含量高于NiCO3，pH越大，碱式碳酸镍中Ni(OH)2比例越大。

答案：(1)温度低于70 ℃，反应速率降低；温度高于80 ℃，HNO3分解(或挥发)加快

(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

(3)3.2≤pH＜4.2

(4)CuS

(5)①xNiCO3·yNi(OH)2(x＋y)NiO＋xCO2↑＋yH2O

②Ni(OH)2中Ni含量高于NiCO3，pH越大，碱式碳酸镍中Ni(OH)2比例越大

4．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·PbSO4·H2O(三盐)，主要制备流程如下：

(1)步骤①PbSO4转化为难溶PbCO3的离子方程式为_______________________。

(2)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③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______________(写化学式)。

(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为__________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)步骤⑦洗涤操作时，检验沉淀是否洗涤完全的方法是

________________________________________________________________________。

解析：(1)向铅泥中加入Na2CO3溶液，PbSO4转化为难溶的PbCO3的离子方程式为CO＋PbSO4===PbCO3＋SO。(2)过滤得到滤液1为Na2SO4，向滤渣中加入硝酸，PbO、Pb、PbCO3都与硝酸反应生成Pb(NO3)2，然后加入硫酸，生成PbSO4，过滤，滤液2的主要成分是HNO3，向滤渣中加入NaOH，得到3PbO·PbSO4·H2O(三盐)，同时生成Na2SO4，故滤液3为Na2SO4，因此滤液1和滤液3经脱色、蒸发、结晶可得到的副产品为Na2SO4·10H2O(或Na2SO4)。(3)铅与硝酸生成Pb(NO3)2及NO的离子方程式为3Pb＋8H＋＋2NO===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O，滤液2中溶质主要成分为HNO3。(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式4PbSO4＋6NaOH===3Na2SO4＋3PbO·PbSO4·H2O＋2H2O。(5)该沉淀吸附的离子是硫酸根离子，用盐酸酸化的BaCl2溶液检验。

答案：(1)CO＋PbSO4===PbCO3＋SO

(2)Na2SO4·10H2O(或Na2SO4)

(3)3Pb＋8H＋＋2NO===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O　HNO3

(4)4PbSO4＋6NaOH===3Na2SO4＋3PbO·PbSO4·H2O＋2H2O

(5)取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全

5．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：

(1)为提高反应Ⅰ、Ⅱ金属元素的浸出率，可以采取的措施有_______________________。

(2)反应Ⅲ中FeSO4转化为Fe2(SO4)3的化学方程式为_____________________________。

(3)反应Ⅲ的温度应控制在50～70 ℃为宜，原因是____________________________。反应Ⅲ过程中往往加入少量硝酸铝，其作用如图1所示，转化①的离子方程式为________________________________________________________________________。

(4)写出Fe2(SO4)3水解生成Fe2(OH)n(SO4)3－的离子方程式：____________________。

(5)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、Ⅱ金属元素的浸出率，可以采取的措施有适当提高硫酸浓度、适当提高反应温度、将废铁屑、废铝质易拉罐粉碎或搅拌等。

(2)反应Ⅲ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。

(3)反应Ⅲ的温度应控制在50～70 ℃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Ⅲ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①的离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。

(5)实际生产中，阳极附近由于溶液中的Cl－和OH－放电发生副反应可能产生的气体为Cl2、O2。

答案：(1)适当提高硫酸浓度；适当提高反应温度等

(2)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，易形成沉淀，影响产品的质量

3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O

(4)2Fe3＋＋SO＋nH2O

Fe2(OH)n(SO4)3－＋nH＋

(5)Cl2、O2

6．实验室用硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O粗产品的过程如下：

硼镁泥的主要成分如下表：

(1)“酸解”时为提高Mg2＋的浸出率，可采用的措施是________________________(写一种)。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(ClO)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溶液的原因是______________________。

(4)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)

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(ClO)，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MgO

(2)H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　H2O2不稳定易分解或Fe3＋等金属离子会催化H2O2的分解

(3)防止加入的NaOH引入Na＋杂质

(4)加热浓缩，趁热过滤；将滤液冷却结晶，过滤，用饱和MgSO4溶液洗涤，再用乙醇洗涤