2020届高考化学一轮复习化学工艺流程学案

2020届高考化学一轮复习化学工艺流程学案

专题十 高考热点题型研究 第一题 化学工艺流程题型研究 ‎ ‎[试题特点]‎ ‎—————————————————————————————————————‎ 无机化工流程题是以现代工业生产为基础，一般简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品)，然后用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来，根据生产过程中涉及的化学知识设计成一系列问题，考查物质制备过程中原料的预处理、化学反应原理、反应条件的控制、物质的分离与提纯的方法、环境保护等基本实验原理在化工生产中的实际应用。‎ ‎[做真题—明考查特点]‎ ‎1．(2018·江苏高考)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如图所示：‎ ‎(1)焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎[考查离子方程式的书写]‎ ‎(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。‎ 已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃‎ 硫去除率＝×100%‎ ‎①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于________。[考查原料的处理与反应条件的控制]‎ ‎②700 ℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是______________________________。[考查原料的处理与反应条件的控制]‎ ‎(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由________(填化学式)转化为________(填化学式)。‎ ‎[考查化工原理]‎ ‎(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝________。‎ ‎[考查陌生氧化还原反应的书写及计算]‎ 解析：(1)NaOH吸收过量SO2的离子方程式为SO2＋OH－===HSO。(2)①由已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃，不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于杂质FeS2。②700 ℃焙烧时，FeS2中的硫元素生成SO2，添加CaO后，SO2会与CaO、O2反应生成CaSO4而留在矿粉中。(3)用NaOH溶液碱浸后，Al2O3、SiO2溶解，转化为NaAlO2和Na2SiO3，通入过量CO2后，NaAlO2与CO2反应转化为Al(OH)3。(4)Fe2O3与FeS2在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，发生反应的化学方程式配平为16Fe2O3＋FeS211Fe3O4＋2SO2↑，可得关系式FeS2～16Fe2O3，则理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16。‎ 答案：(1)SO2＋OH－===HSO ‎(2)①FeS2　②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中 ‎(3)NaAlO2　Al(OH)3　(4)1∶16‎ ‎2．(2017·江苏高考)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如图所示：‎ 注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。‎ ‎(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_______________________________________________________________。‎ ‎[考查离子方程式的书写]‎ ‎(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH________(填“增大”“不变”或“减小”)。[考查化工原理]‎ ‎(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________________________________________________________________。‎ ‎[考查化工原理]‎ ‎(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为________________________________________________________________________，阴极产生的物质A的化学式为________。‎ ‎[考查电极反应式的书写、产物的判断]‎ ‎(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是________________________________________________。‎ ‎[考查化工原理]‎ 解析：(1)Al2O3为两性氧化物，在NaOH溶液中会溶解生成NaAlO2。(2)加入的NaHCO3与过量的NaOH反应，导致溶液的pH减小。(3)电解Al2O3时阳极上生成O2，O2会氧化石墨。(4)阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO。阴极上H2O放电生成H2。‎ 答案：(1)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O ‎(2)减小　(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化 ‎(4)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2‎ ‎(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜 ‎3．(2016·江苏高考)以电石渣[主要成分为Ca(OH)2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如图所示：‎ ‎(1)氯化过程控制电石渣过量、在75 ℃左右进行。氯化时存在Cl2与Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应，Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2，少量Ca(ClO)2分解为CaCl2和O2。‎ ‎①生成Ca(ClO)2的化学方程式为____________________________________________。‎ ‎[考查化学方程式的书写]‎ ‎②提高Cl2转化为Ca(ClO3)2的转化率的可行措施有________(填序号)。‎ A．适当减缓通入Cl2速率　B．充分搅拌浆料 C．加水使Ca(OH)2完全溶解 ‎[考查反应过程中反应条件的控制]‎ ‎(2)氯化过程中Cl2转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为6Ca(OH)2＋6Cl2===Ca(ClO3)2＋5CaCl2＋6H2O，氯化完成后过滤。‎ ‎①滤渣的主要成分为________(填化学式)。‎ ‎②滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之比n[Ca(ClO3)2]∶n[CaCl2]________1∶5(填“＞”“＜”或“＝”)。[考查化工原理]‎ ‎(3)向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca(ClO3)2转化为KClO3。若溶液中KClO3的含量为100 g·L－1，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是________________________________________________________________________。‎ ‎[考查产物的提纯方法]‎ 解析：(1)①Cl2与Ca(OH)2反应的化学方程式为2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。②适当减缓通入Cl2的速率、充分搅拌浆料均有利于Cl2的吸收，能够提高Cl2的转化率。Ca(OH)2是否完全溶解不会影响Cl2的吸收，故A、B两项正确。(2)①由于电石渣中的CaCO3不参加反应，所以滤渣的主要成分是CaCO3以及未反应的Ca(OH)2。②由于氯化过程中除发生主要反应6Ca(OH)2＋6Cl2===Ca(ClO3)2＋5CaCl2＋6H2O外，还存在副反应Ca(ClO)2===CaCl2＋O2↑，所以滤液中n[Ca(ClO3)2]∶n[CaCl2]＜1∶5。(3)由溶解度曲线可知，KClO3的溶解度受温度的影响较大，将溶液蒸发浓缩，得到较高温度下的浓溶液，然后再降温，大部分KClO3将会结晶析出。‎ 答案：(1)①2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O　②AB　(2)①CaCO3、Ca(OH)2　②＜‎ ‎(3)蒸发浓缩、冷却结晶 ‎[研热点—找解题策略]‎ 年份 试题 知识点 分值 ‎2018‎ 第16题 ‎①新情境下离子方程式的书写；②原料的处理与反应条件的控制；③元素的存在形式；④陌生氧化还原反应的书写及相关计算 ‎12分 ‎2017‎ 第16题 ‎①离子方程式的书写；②pH的变化；③化学反应条件控制的原理；④电极反应式的书写、产物的判断 ‎12分 ‎2016‎ 第16题 ‎①新情境下化学方程式的书写；②提高反应物转化率的措施；③有关物质的量的计算；④产物的提纯方法 ‎12分 ‎1．原料预处理方式 ‎2．反应条件的控制 反应条件 实验目的 加过量试剂 反应完全进行或增大转化率、产率等 控制溶液的pH ‎①抑制某离子水解(或促进某离子水解)；‎ ‎②使某些金属离子形成氢氧化物沉淀 温度控制某范围(水浴或油浴)‎ ‎①控制反应速率或固体的溶解；②防止高温时会溶解、分解或挥发；③催化剂活性最好；④为了使某物质达到沸点挥发出来；⑤控制副反应发生；⑥控制化学反应的方向；⑦对于某些工艺，降温(减压)可以减少能源成本，降低设备要求 控制压强 改变速率，使平衡向需要的方向移动 使用催化剂 加快反应速率，缩短达到平衡的时间 趁热过滤 防止某物质降温时会大量析出 冰水洗涤 洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗 用特殊溶剂清洗 降低物质溶解度、有利于析出，减少损耗，提高利用率等 ‎3．提纯方法 方法 目的 水溶法 除去可溶性杂质 酸溶法 除去碱性杂质 碱溶法 除去酸性杂质 氧化剂或还原剂法 除去还原性或氧化性杂质 加热灼烧法 除去受热易分解或易挥发的杂质 调节pH法 如除去酸性Cu2＋溶液中的Fe3＋等 ‎4.分离方法 ‎(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。‎ ‎(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。‎ ‎(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。‎ ‎(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。‎ ‎(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。‎ ‎(6)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。‎ ‎1．解读流程图 ‎(1)箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是生成物(包括主产物和副产物)。‎ ‎(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。‎ ‎2．解题顺序 审题 ‎①阅读题目的背景材料；②提供的原料；③物料或操作流程；④提供的条件、图表或介质；⑤化工流程图的类型；⑥重要操作与重要名词 析题 ‎①弄清目的、原理、想考什么；②弄清各步骤的目的；③如何运用条件；④找出问题突破口与隐含条件；⑤解题思路与方法 答题 ‎①从目的和反应原理切入；②从原料和产品切入；③从生产要求和条件切入；④从产品分离提纯切入；⑤从绿色化学思想切入；⑥注意问题表达(因果、对比、逆向)；⑦注意每问的分值和提供的答题区域大小 ‎1．文字叙述类的题目要规范解答 ‎(1)为什么沉淀剂必须过量？将溶液中所含的某种离子完全沉淀。‎ ‎(2)如何洗涤沉淀？将被洗涤的沉淀置于漏斗中的滤纸上，慢慢注入适量蒸馏水至刚好浸没沉淀，然后静置，让其自然流下，重复以上操作2～3次，直至洗涤干净。为了减少沉淀的溶解，可用冰水或有机溶剂洗涤。‎ ‎(3)如何证明沉淀剂已过量或沉淀已完全？把反应后的混合物静置一段时间，吸取少量上层清液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的沉淀剂，若没有沉淀生成，则证明沉淀完全。如向含SO的溶液中加BaCl2溶液，将沉淀静置，取上层清液，再加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀完全。‎ ‎(4)为什么要洗涤沉淀？ 除去沉淀表面的可溶性杂质。‎ ‎(5)如何证明沉淀已洗涤干净？主要是检验洗涤液中是否还含有在溶液中吸附的离子。取少量最后一次的洗涤液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的检验试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。如若吸附的是SO，则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。‎ ‎(6)如何从溶液中得到晶体？蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥。‎ ‎(7)在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去××杂质”，只写“除杂”等一类万能式的回答是不正确的。‎ ‎(8)滴定终点的判断：当滴下最后一滴××溶液，溶液由××色变为××色，且30 s内不褪色。‎ ‎(9)pH试纸的使用：将pH试纸放在表面皿(或玻璃片)上，用玻璃棒蘸取溶液点在pH试纸中央，30 s后与标准比色卡对照。‎ ‎(10)结晶一般包括蒸发结晶和冷却结晶，当溶液中有两种或两种以上溶质时，要得到溶解度受温度影响小的溶质采用蒸发结晶，趁热过滤；要得到溶解度受温度影响大的溶质采用蒸发浓缩，冷却结晶，过滤。‎ ‎2．认真审题，不要因审题不细致而失分 例如：(1)填“化学方程式”还是“离子方程式”。‎ ‎(2)填“名称”“符号”“代号”还是“序号”等。‎ ‎(3)填“大于”“>”“增大”还是“变大”等。‎ ‎(4)填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。‎ ‎(5)书写化学方程式时要注意配平，注明反应条件以及“―→”“===”“”“↑”“↓”等。‎ ‎[练新题—提答题能力]‎ ‎1．碱式碳酸镁[4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O]是重要的无机化工产品。一种由白云石[主要成分为CaMg(CO3)2，还含少量SiO2、Fe2O3等]为原料制备碱式碳酸镁(国家标准中CaO 的质量分数≤0.43% )的实验流程如图所示：‎ ‎(1)“煅烧”时发生主要反应的化学方程式为________________________________。‎ ‎(2)常温常压下“碳化”可使镁元素转化为Mg(HCO3)2，“碳化”时终点pH对最终产品中CaO含量及碱式碳酸镁产率的影响如图1和图2所示。‎ ‎①应控制“碳化”终点pH 约为__________，发生的主要反应的化学方程式为_________________和_________________。‎ ‎②图2 中，当pH＝10.0时，镁元素的主要存在形式是_________ (写化学式)。‎ ‎(3)“热解”生成碱式碳酸镁的化学方程式为________________________________。‎ ‎(4)该工艺为达到清洁生产，可以循环利用的物质是______(写化学式)。‎ 解析：(1) CaMg(CO3)2的煅烧分解类似于CaCO3、MgCO3 的高温分解，故“煅烧”时发生主要反应的化学方程式为CaMg(CO3)2CaO＋MgO＋2CO2↑。(2) ①由图像可知，应控制“碳化”终点pH 约为9.0，这时碱式碳酸镁产率较高，而CaO含量较低；煅烧产物CaO和MgO都可与水反应生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，结合产物的要求可知“碳化”时发生的主要反应有Mg(OH)2＋2CO2===Mg(HCO3)2和Ca(OH)2＋CO2===CaCO3＋H2O。②当pH＝10.0时，镁元素的主要存在形式是Mg(OH)2。(4)由流程图可知，CO2是“煅烧”“热解”的产物，又是“碳化”的反应物，故可循环利用。‎ 答案：(1)CaMg(CO3)2CaO＋MgO＋2CO2↑‎ ‎(2)①9.0　Mg(OH)2＋2CO2===Mg(HCO3)2‎ Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O　②Mg(OH)2‎ ‎(3)5Mg(HCO3)24MgCO3·Mg(OH)2·4H2O↓＋6CO2↑　(4)CO2‎ ‎2．(2019·镇江模拟)处理废钒催化剂既避免污染环境又可得到硫酸工业的催化剂V2O5。废钒催化剂的主要成分如表：‎ 物质 V2O5‎ V2O4‎ K2SO4‎ SiO2‎ Fe2O3‎ Al2O3‎ 质量分数/%‎ ‎2.2～2.9‎ ‎2.8～3.1‎ ‎22～28‎ ‎60～65‎ ‎1～2‎ ‎<1‎ 如图是一种废钒催化剂回收工艺路线：‎ ‎(1)“酸浸”废钒催化剂时，为了提高浸取率可采取的措施有_______________(写一点)。‎ ‎(2)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为______________________，同时V2O4转成VO2＋。‎ ‎(3)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。‎ ‎(4)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有 ‎______________________。‎ ‎(5)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。‎ ‎(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)“酸浸”废钒催化剂时，为了提高浸取率可采取的措施有粉碎废钒催化剂、升高温度、适当提高硫酸的浓度、搅拌等。(2)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为V2O5＋2H＋===2VO＋H2O。(3)“氧化”VO2＋变为VO时，V由＋4价→＋5价，1 mol VO2＋失1 mol e－，1 mol KClO3 变为Cl－得6 mol e－，则关系式为6VO2＋～KClO3，因此3 mol的VO2＋变为VO，需要氧化剂KClO3 0.5 mol。(4)Fe2O3、Al2O3溶于酸后加入KOH，则转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀。(5)增大OH－浓度能提高R4V4O12的转化率，故为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈碱性。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，经“煅烧”生成V2O5，反应方程式为 2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑。‎ 答案：(1)粉碎废钒催化剂、升高温度、适当提高硫酸的浓度、搅拌等 ‎(2)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O ‎(3)0.5　(4)Fe(OH)3和Al(OH)3　(5)碱 ‎(6)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑‎ ‎3．硫酸锰在电解锰、染料、造纸以及陶瓷等工业生产中有广泛的应用。利用软锰矿(主要成分为MnO2，含铁的化合物等杂质)和闪锌矿(主要成分ZnS)制得硫酸锰的流程如图所示：‎ ‎(1)“酸浸”时，为了缩短浸取时间，常加入少量FeSO4溶液，FeSO4的作用可能是________；MnO2、ZnS及硫酸反应转变为两种硫酸盐的化学方程式为______________________________________________________________。‎ ‎(2)常温下，Ksp(ZnS)＝1.2×10－24，Ksp(MnS)＝1.5×10－15，“沉锌”反应为Zn2＋(aq)＋MnSZnS＋Mn2＋(aq)，该反应的平衡常数K＝________。‎ ‎(3)在强酸性条件下加入MnO2氧化Fe2＋的离子方程式为__________________。‎ ‎(4)“除铁”时需要调节pH约为3～4，过滤所得的滤渣2中除MnO2以外的另一种物质是____________。(写化学式)‎ ‎(5) 该工艺流程中可以循环利用的物质是________。‎ 解析：由流程图分析可知：软锰矿和闪锌矿用稀硫酸浸取后形成两种硫酸盐；加入MnS 使Zn2＋沉淀，生成的ZnS可循环利用；加入MnO2除去溶液中的铁，MnO2中＋4价的锰被还原为＋2价，溶液中Fe2＋被氧化，并调节pH使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀，滤渣2即为多余的MnO2和Fe(OH)3。(1)“酸浸”时，为了缩短浸取时间，常加入少量FeSO4溶液，FeSO4的作用可能是催化剂；MnO2、ZnS及硫酸反应转变为两种硫酸盐的化学方程式为4MnO2＋ZnS＋4H2SO4===4MnSO4＋ZnSO4＋4H2O。(2)“沉锌”反应为Zn2＋(aq)＋MnSZnS＋Mn2＋(aq)，该反应的平衡常数K＝＝＝＝1.25×109。‎ 答案：(1) 催化剂　4MnO2＋ZnS＋4H2SO4===4MnSO4＋ZnSO4＋4H2O　(2)1.25×109‎ ‎(3)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O ‎(4)Fe(OH)3　(5)ZnS ‎4．(2019·南通模拟)碳酸钙可用作食品添加剂。以磷石膏(主要成分为CaSO4·2H2O)为原料制备碳酸钙的一种工艺流程如图所示：‎ ‎(1)已知磷石膏“水洗”前后的部分杂质质量分数变化如表所示：‎ 物质 SiO2‎ P2O5‎ Al2O3‎ F－‎ Fe2O3‎ 水洗前/%‎ ‎9.21‎ ‎3.08‎ ‎0.55‎ ‎0.68‎ ‎0.19‎ 水洗后/%‎ ‎8.96‎ ‎1.37‎ ‎0.46‎ ‎0.29‎ ‎0.27‎ 则“水洗“除去的主要杂质是___________。‎ ‎(2)气体A 的化学式为_______。‎ ‎(3)“碳化”时发生反应的化学方程式为________________________________________________。其他条件一定时，“碳化”反应中CaSO4的转化率随温度的变化如图所示，温度高于45℃，CaSO4的转化率下降的原因是__________________________。‎ ‎(4)工业上电解(NH4)2SO4溶液可制取过二硫酸铵[(NH4)2S2O8]，其中S2O的结构可表示为电解时阳极的电极反应式为_______________________。过二硫酸铵可用于游泳池中水的消毒，其原因是_______________________________。‎ 解析：(1)从表格数据分析，水洗后质量分数减少较多的为除去的主要杂质。(2)分析流程图可知生成了(NH4)2SO4，则气体A为NH3。(3)“碳化”时 CaSO4转化为CaCO3，故发生反应的化学方程式为CaSO4·2H2O＋2NH3·H2O＋CO2===(NH4)2SO4＋CaCO3＋3H2O；开始时随着温度升高，反应速率加快，CaSO4的转化率增大，温度高于45℃时，CaSO4的转化率下降是由于温度升高CO2溶解度降低，NH3·H2O分解速率加快。(4)工业上电解(NH4)2SO4溶液可制取过二硫酸铵[(NH4)2S2O8]，电解时阳极失去电子， SO － 中S为＋6价，S2O中S为＋7价，则电极反应式为2SO －－2e－===S2O，过二硫酸铵可用于游泳池中水的消毒，是由于过二硫酸铵与水反应生成了具有强氧化性的H2O2 (或过二硫酸铵具有强氧化性)。‎ 答案：(1)P2O5、F－　(2)NH3‎ ‎(3)CaSO4·2H2O＋2NH3·H2O＋CO2===(NH4)2SO4＋CaCO3＋3H2O　温度升高CO2溶解度降低，NH3·H2O分解速率加快 ‎(4)2SO－2e－===S2O　过二硫酸铵与水反应生成了具有强氧化性的H2O2 (或过二硫酸铵具有强氧化性)‎ ‎5．以菱锰矿(主要成分MnCO3，还含有FeCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgCO3等杂质)为原料制备二氧化锰的工艺流程如图所示：‎ 已知：草酸钙、草酸镁不溶于水。‎ ‎(1)写出“氧化”时发生反应的离子方程式：____________________________________。‎ ‎(2)“中和”的目的是将铁、铝元素转化为沉淀除去， 化合物X可用_______________(写一种物质的化学式)。‎ ‎(3)该工艺流程中固体1和固体2均需用水洗涤，目的是___________________________。‎ ‎(4)“除杂”时，除去的金属离子有__________。‎ ‎(5)“电解”原理如图所示，阳极的电极反应式为_______________________________。‎ ‎(6)该流程中可以循环使用的物质有____________。‎ 解析：(1)酸浸后溶液中含有Fe2＋，能被二氧化锰氧化，则“氧化”时发生反应的离子方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O。(2)“中和”的目的是将铁、铝元素转化为沉淀除去，由于不能再引入新杂质，则化合物X可用MnCO3。(3)过滤得到的沉淀表面含有杂质离子，因此该工艺流程中固体1和固体2‎ 均需用水洗涤滤渣，洗出液用于酸浸工序，提高锰的回收率。(4)已知草酸钙、草酸镁不溶于水，则“除杂”时，除去的金属离子有 Ca2＋、Mg2＋。(5)阳极Mn2＋失去电子转化为二氧化锰，则阳极的电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋。(6)硫酸锰电解生成二氧化锰和硫酸，则该流程中可以循环使用的物质有H2SO4、MnO2。‎ 答案：(1)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋ ＋2Fe3＋＋2H2O ‎(2)MnCO3 (或CaCO3等合理答案)‎ ‎(3)用水洗涤滤渣，洗出液用于酸浸工序，提高锰的回收率(或用水洗涤滤渣，洗出液循环利用，提高锰的回收率等合理答案)‎ ‎(4)Ca2＋、Mg2＋‎ ‎(5)Mn2＋＋2H2O－2e－=== MnO2＋4H＋‎ ‎(6)H2SO4、MnO2‎ ‎6．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图所示：‎ ‎(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 ‎7．(2019·南通模拟)CoCO3是一种制造锂电池电极的原料。以含钴废渣(主要成分CoO、Co2O3，还含有Al2O3、ZnO等杂质)为原料制备CoCO3的一种工艺流程如图所示：‎ 下表列出了相关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)‎ 金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Co2＋‎ ‎7.6‎ ‎9.4‎ Al3＋‎ ‎3.0‎ ‎5.0‎ Zn2＋‎ ‎5.4‎ ‎8.0‎ ‎(1)“酸浸”时通入SO2的目的是___________________________________________。‎ ‎(2)“除铝”时调节溶液pH范围为________，该过程中主要反应的离子方程式为______________________________________________________________________。‎ ‎(3)“萃取”过程可表示为ZnSO4(水层)＋2HX(有机层)ZnX2(有机层)＋H2SO4(水层)，由有机层获取ZnSO4溶液的操作是__________________________________________。‎ ‎(4)“沉钴”时Na2CO3溶液需缓慢滴加的原因是___________________________。‎ ‎(5)CoCO3隔绝空气灼烧可以生成Co2O3，该反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：钴废渣(主要成分CoO、Co2O3，还含有Al2O3、ZnO等杂质)用H2SO4溶解并通入SO2，使溶液中的Co3＋还原成Co2＋，加入Na2CO3除铝时，Al3＋和 CO －发生互相促进水解反应使铝转化为Al(OH)3↓，但不能让Zn2＋、Co2＋形成沉淀，则pH范围为5.0～5.4，加入萃取剂HX，从有机层中分离出ZnSO4，最后加入Na2CO3，沉钴，形成CoCO3沉淀。(3)根据题给信息“ZnSO4(水层)＋2HX(有机层)ZnX2(有机层)＋H2SO4(水层)”，要得到ZnSO4溶液，即使上述平衡向逆反应方向移动，故由有机层获取ZnSO4溶液的操作是向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分液。(4)Na2CO3溶液呈较强的碱性，为了防止生成Co(OH)2↓，故“沉钴”时Na2CO3溶液需缓慢滴加。‎ 答案：(1)将Co3＋还原为Co2＋‎ ‎(2)5.0～5.4　2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑‎ ‎(3)向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分液 ‎(4)防止加入过快后，局部碱性过强而产生Co(OH)2‎ ‎(5)2CoCO3Co2O3＋CO↑＋CO2↑‎