2021高考化学二轮复习第1部分专题能素提升专题10化工流程综合试题学案(共24页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上专题10 化工流程综合试题1(2020山东卷,T16)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下:已知:MnO2是一种两性氧化物;25 时相关物质的Ksp见下表。物质Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Ksp11016.311038.611032.311012.7回答下列问题:(1)软锰矿预先粉碎的目的是_,MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为_。(2)保持BaS投料量不变,随MnO2与BaS投料比增大,S的量达到最大值后无明显变化,而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小,减小
2、的原因是_。(3)滤液可循环使用,应当将其导入到_操作中(填操作单元的名称)。(4)净化时需先加入的试剂X为_(填化学式),再使用氨水调溶液的pH,则pH的理论最小值为_(当溶液中某离子浓度c1.0105 molL1时,可认为该离子沉淀完全)。(5)碳化过程中发生反应的离子方程式为_。解析(1)对软锰矿进行粉碎,其表面积增大,在后续加入硫化钡溶液时,固体与溶液接触面积大,充分反应,能提高反应速率。分析该制备工艺流程图可知,“反应”操作中硫化钡中的硫元素转化为硫单质,硫化钡中的钡元素转化为氢氧化钡,故软锰矿中的二氧化锰在“反应”操作中被硫化钡中的S2还原,锰元素由4价转化为2价,故MnO2与Ba
3、S溶液反应转化为MnO的化学方程式是MnO2BaSH2O=Ba(OH)2MnOS。(2)加入的MnO2的量增大,而Ba(OH)2的量减少,是因为MnO2为两性氧化物,能与强碱Ba(OH)2反应,从而导致Ba(OH)2的量减少。(3)滤液中仍含少量的Ba(OH)2,为提高其产率,可将滤液导入前边的“蒸发”操作中。(4)由软锰矿中的杂质成分有Fe3O4可知,其经过与S2的“反应”操作后主要以Fe2形式存在,结合表中四种氢氧化物的溶度积数据,为减少Mn(OH)2的损失,需将Fe2转化为Fe3,然后再调节溶液pH,使杂质Fe3转化为Fe(OH)3,故“净化”操作中需加入氧化剂,结合后续操作中的物质转化
4、可知,“净化”操作中加入的试剂X为过氧化氢(H2O2)溶液。对比表中的溶度积数据可知,相较于Fe(OH)3,Al(OH)3的溶度积较大,若要除去Al(OH)3、Fe(OH)3两种杂质,以前者的溶度积进行计算,推知调节溶液的pH大小,由已知信息可知,沉淀完全的最大金属离子浓度为1.0105molL1,此时c3(OH)KspAl(OH)3/c(Al3)mol3L311027.3mol3L3,则c(OH)1109.1 molL1,c(H) molL11104.9molL1,此时pH4.9。(5)由工艺流程图中的“碳化”操作可知,该操作中加入的物质是碳酸氢铵、氨水,而“压滤”操作后的滤液中含Mn2,由
5、目标产物可知,该反应的生成物中有碳酸锰,故“碳化”过程中发生反应的离子方程式是Mn2HCONH3H2O=MnCO3NHH2O。答案(1)增大接触面积,充分反应,提高反应速率MnO2BaSH2O=Ba(OH)2MnOS(2)过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2(3)蒸发(4)H2O24.9(5)Mn2HCONH3H2O=MnCO3NHH2O2(2020全国卷,T26)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以3、4、5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:金属离子F
6、e3Fe2Al3Mn2开始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列问题:(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是_。(2)“酸浸氧化”中,VO和VO2被氧化成VO,同时还有_离子被氧化。写出VO转化为VO反应的离子方程式_。(3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为V2O5xH2O,随滤液可除去金属离子K、Mg2、Na、_,以及部分的_。(4)“沉淀转溶”中,V2O5xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣的主要成分是_。(5)“调pH”中有沉淀生成,生成沉淀反应的化学方程式是_。(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是_。解析(1)“酸浸氧化
7、”中温度较低时,酸浸和氧化反应速率较慢,加热的目的是加快酸浸和氧化反应速率。(2)从原料看,“酸浸氧化”中四氧化三铁溶于稀硫酸,发生反应:Fe3O44H2SO4=FeSO4Fe2(SO4)34H2O,加入的二氧化锰除氧化VO和VO2外,还氧化Fe2。VO转化为VO反应的离子方程式为VOMnO22H=VOMn2H2O。(3)根据表格中数据知,pH在3.03.1时,铁离子接近沉淀完全,少量铁离子随滤液除去,Al3部分沉淀,大量铝离子随滤液除去,K、Mg2、Na、Mn2随滤液除去。(4)在pH13的强碱性溶液中,V2O5xH2O转化为钒酸盐而溶解,Al(OH)3转化为NaAl(OH)4而溶解,Fe(
8、OH)3不溶,故滤渣的主要成分是Fe(OH)3。(5)pH8.5时铝元素沉淀,故“调pH”时生成氢氧化铝沉淀,反应的化学方程式为NaAl(OH)4HCl=Al(OH)3NaClH2O。(6)“沉钒”时要使NH4VO3尽可能析出完全,利用同离子效应,加入过量NH4Cl可达到此目的。答案(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)(2)Fe2VOMnO22H=VOMn2H2O(3)Mn2Al3和Fe3(4)Fe(OH)3(5)NaAl(OH)4HCl=Al(OH)3NaClH2O(6)利用同离子效应,促进NH4VO3尽可能析出完全3(2020全国卷,T27)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属
9、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(NiSO47H2O):溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:金属离子Ni2Al3Fe3Fe2开始沉淀时(c0.01 molL1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全时(c1.0105 molL1)的pH8.74.73.29.0回答下列问题:(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是_。为回收金属,用稀硫酸将“滤液”调为中性,生成沉淀。写出该反应的离子方程式_。(2)“滤液”中含有的金属离子是_。(3)“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”中可
10、能含有的杂质离子为_。(4)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp_(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2浓度为1.0 molL1,则“调pH”应控制的pH范围是_。(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式:_。(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用,其意义是_。解析(1)由题给条件可知,该废镍催化剂表面覆有油脂,且其中含有Ni、Al、Fe及其氧化物等,“碱浸”时,油脂在氢氧化钠溶液中水解而被除去,铝及其氧化物也会与氢氧化钠溶液反应而被除去,“碱浸”中NaOH的两个作用分别是除去油脂、溶解铝及其氧化物。“滤
11、液”中铝元素以Al(OH)4的形式存在,加入稀硫酸生成沉淀的离子方程式为Al(OH)4H=Al(OH)3H2O。(2)因Ni、Fe及其氧化物不与NaOH溶液反应,Ni、Fe及其氧化物存在于“滤饼”中,向“滤饼”中加入稀硫酸,Ni、Fe及其氧化物与稀硫酸反应,故得到的“滤液”中含有的金属离子为Ni2、Fe2、Fe3。(3)“转化”过程是将二价铁离子全部转化为三价铁离子,选用的氧化剂是H2O2溶液,选用过氧化氢溶液氧化的好处是不引入其他杂质,因此替代过氧化氢溶液的物质也不能引入其他杂质,可用O2或空气替代H2O2溶液;由题表中金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH可知,Fe2开始沉淀时,Ni2已经沉淀一
12、部分,Ni2沉淀完全时,Fe2还不能沉淀完全,“转化”时会生成Fe3,则滤液中可能含有Fe3。(4)pH7.2,c(H)107.2 molL1,c(OH)(1014/107.2)molL1,Kspc(Ni2)c2(OH)0.01(107.214)2,或利用Ni2沉淀完全时计算得Ksp105(108.714)2。c(Ni2)1.0 molL1,若不生成Ni(OH)2,则c(OH) molL1,c(H)106.2 molL1,pH6.2,同时应调节pH3.2以除去Fe3,故pH应控制的范围是3.26.2。(5)由题意可知,反应物为硫酸镍、次氯酸钠和强碱,生成物为NiOOH,硫酸镍中镍为2价,NiO
13、OH中镍为3价,镍的化合价升高被氧化,则次氯酸钠中氯元素被还原得到氯化钠,该反应的离子方程式为2Ni2ClO4OH=2NiOOHH2OCl。(6)母液中还含有少量的硫酸镍,将母液收集、循环使用可提高镍回收率。答案(1)除去油脂、溶解铝及其氧化物Al(OH)4H=Al(OH)3H2O(2)Ni2、Fe2、Fe3(3)O2或空气Fe3(4)0.01(107.214)2或105(108.714)23.26.2(5)2Ni2ClO4OH=2NiOOHClH2O(6)提高镍回收率4(2019全国卷)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
14、、Ni、Si等元素)制备,工艺如下图所示。回答下列问题:相关金属离子c0(Mn)0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Mn2Fe2Fe3Al3Mg2Zn2Ni2开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9(1)“滤渣1”含有S和_;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式:_。(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是_。(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为_6之间。(4)“除杂1”的目的是除去Zn2和Ni2,“滤渣3”的主要成分是_。(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2
15、。若溶液酸度过高,Mg2沉淀不完全,原因是_。(6)写出“沉锰”的离子方程式_。(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为2、3、4。当xy时,z_。解析(1)硫化锰矿及二氧化锰粉末中加入硫酸后,发生氧化还原反应:MnO2MnS2H2SO4=2MnSO4S2H2O,故滤渣1的主要成分为S和SiO2(不溶性硅酸盐)。(2)Fe2沉淀完全时,Mn2已经开始沉淀,故加入MnO2是为了将溶液中的Fe2氧化为Fe3,便于除去。(3)除去Fe3及Al3,应使二者沉淀完全,故pH应大于4.7。(4)锌和镍的硫化物都难溶于水,故“
16、滤渣3”的主要成分为ZnS、NiS。(5)“除杂1”步骤结束后,杂质金属阳离子只有Mg2,加入MnF2形成MgF2沉淀而除去Mg2,若溶液酸度过高,H浓度偏大,则F与H结合形成HF,使MgF2沉淀溶解平衡正向移动而重新溶解。(6)“沉锰”时加入NH4HCO3发生反应:Mn22HCO=MnCO3CO2H2O。(7)根据化合物中各元素化合价代数和为0的原则,求得z。答案(1)SiO2(不溶性硅酸盐)MnO2MnS2H2SO4=2MnSO4S2H2O(2)将Fe2氧化为Fe3(3)4.7(4)NiS和ZnS(5)F与H结合形成弱电解质HF,MgF2Mg22F平衡向右移动(6)Mn22HCO=MnCO
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