- 2021-08-24 发布 |
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文档介绍
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)+MnSZnS+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)+MnSZnS+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+nH2OFe2(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↑查看更多