2020届一轮复习新课改省份专版二十六）题型研究化学工艺流程综合题作业

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跟踪检测（二十六） 题型研究——化学工艺流程综合题 1．醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含 NiS、Al2O3、FeO、 CaO、SiO2)为原料，制取醋酸镍的工艺流程如图： 相关离子生成氢氧化物的 pH 和相关物质的溶解性如下表： 金属离子 开始沉淀的 pH 沉淀完全的 pH 物质 20 ℃时溶 解性(H2O) Fe3＋ 1.1 3.2 CaSO 4 微溶 Fe2＋ 5.8 8.8 NiF2 可溶 Al3＋ 3.0 5.0 CaF2 难溶 Ni2＋ 6.7 9.5 NiCO 3 Ksp＝ 9.60×10－6 (1)调节 pH 步骤中，溶液 pH 的调节范围是____________。 (2)滤渣 1 和滤渣 3 主要成分的化学式分别是________、________。 (3)写出氧化步骤中加入 H2O2 发生反应的离子方程式：__________________________。 (4)酸浸过程中，1 mol NiS 失去 6NA 个电子，同时生成两种无色有毒气体。写出该反应 的化学方程式：__________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸 浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为 ______ ℃、______ min。 解析：(1)～(3)制取醋酸镍的工艺流程可解读为将含镍废 料粉碎后加入 H2SO4 和少量 HNO3 进行酸浸，过滤后得到主要 含 Ni2＋、Al3＋、Fe3＋(还可能含少量 Fe2＋、Ca2＋)的溶液和主要含 SiO2、CaSO4 的滤渣，弃去 滤渣，向滤液中加入 H2O2 将可能含有的 Fe2＋氧化为 Fe3＋，调节溶液 pH 为 5.0≤pH＜6.7， 使 Al3＋、Fe3＋转化为氢氧化物沉淀，再通过过滤除去，向过滤所得的滤液 1 中加入 NH4F 除 去滤液中的 Ca2＋，过滤后向滤液 2 中加入 Na2CO3 使 Ni2＋沉淀为 NiCO3，过滤后向 NiCO3 中加入醋酸得到醋酸镍，再进一步蒸发、结晶、洗涤得到醋酸镍产品。(4)由题意知，酸浸 时 1 mol NiS 失去 6 mol 电子，S2－被氧化为 SO2，硝酸被还原为 NO，根据得失电子守恒、 原子守恒可写出反应的化学方程式。 答案：(1)5.0≤pH＜6.7 (2)SiO2、CaSO4 CaF2 (3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O (4)NiS＋H2SO4＋2HNO3===NiSO4＋SO2↑＋2NO↑＋2H2O (5)70 120 2．电石广泛应用于生产 PVC、维尼纶等，电石与水反应所得残渣——电石渣，主要含 Ca(OH)2、CaCO3 及少量其他杂质。某工业电石渣的几种回收利用流程如下： 几种物质在水中的溶解度曲线如图所示。回答下列问题： (1)常温氯化 ①反应的化学方程式是_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②为提高 Cl2 转化为 Ca(ClO)2 的转化率，可行的措施有________(填字母)。 A．加热升高温度 B．适当减缓通入 Cl2 的速率 C．充分搅拌浆料 D．加水使 Ca(OH)2 完全溶解 ③电石渣中的有害杂质 CN－与 ClO－反应转化为两种无害的气体，每转化 1 mol CN－至 少需要消耗氧化剂 ClO－________ mol。 (2)75 ℃氯化 ①生成氯酸钙中氯的化合价为________，氯化完成后过滤，滤渣的主要成分为 ____________________________________________________________(填化学式)。 ②氯酸钙能与 KCl 反应转化为氯酸钾的原因是_____________________________ ________________________________________________________________________。 (3)有机反应 首先生成氯代乙醇，其结构简式为____________，氯代乙醇再与 Ca(OH)2 反应生产环氧 乙烷。总反应的化学方程式是______________________________________________。 解析：(1)①常温氯化，Cl2 与 Ca(OH)2 发生反应得到漂白液。②加热升高温度，Ca(OH)2 的溶解度降低，则 Cl2 的转化率也降低，A 项不符合题意；适当减缓通入 Cl2 的速率，等效 于增大 Ca(OH)2 的浓度，Cl2 的转化率增大，B 项符合题意；充分搅拌浆料，能使反应完全， Cl2 的转化率增大，C 项符合题意；加水使 Ca(OH)2 完全溶解，不能改变 Cl2 的转化率，D 项 不符合题意。③根据题意，CN－与 ClO－反应转化为 CO2 和 N2，CN－中 C、N 分别为＋2 价、 －3 价，1 mol CN－失去 5 mol 电子，而 ClO－转化为 Cl－，1 mol ClO－得到 2 mol 电子，根据 得失电子守恒，则每转化 1 mol CN－至少需要消耗氧化剂 ClO－ 2.5 mol。(2)①Ca(ClO3)2 中 Cl 的化合价为＋5 价。氯化完成后过滤，得到的滤渣的主要成分为 CaCO3、Ca(OH)2。②根 据题图知，75 ℃时氯酸钾的溶解度比氯酸钙、氯化钾、氯化钙都小得多，故氯酸钙与 KCl 能发生反应：Ca(ClO3)2＋2KCl===== △ CaCl2＋2KClO3↓。(3)氯代乙醇为氯原子取代乙醇分子 中乙基上的氢原子，根据“氯代乙醇再与 Ca(OH)2 反应生产环氧乙烷”，则氯原子应取代甲 基上的氢原子，故氯代乙醇的结构简式为 ClCH2CH2OH，总反应的化学方程式为 CH2===CH2 ＋Cl2＋Ca(OH)2 ＋CaCl2＋H2O。 答案：(1)①2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O ②BC ③2.5 (2)①＋5 CaCO3、Ca(OH)2 ②75 ℃时，氯酸钾的溶解度比氯酸钙、氯化钾、氯化钙 都小得多 (3)ClCH2CH2OH CH2===CH2＋Cl2＋Ca(OH)2 ＋CaCl2＋H2O 3．氟化钡可用于制造电机电刷、光学玻璃、光导纤维、激光发生器。以钡矿粉(主要成 分为 BaCO3，含有 SiO2、Fe2＋、Mg2＋等杂质)为原料制备氟化钡的流程如下： 已知：常温下 Fe3＋、Mg2＋完全沉淀的 pH 分别是 3.4、12.4。 (1)滤渣 A 的化学式为____________________。 (2)滤液 1 加 H2O2 氧化的过程中主要反应的离子方程式为____________________。 (3)加 20%NaOH 溶液调节 pH＝12.5，得到滤渣 C 的主要成分是________________。 (4)滤液 3 加入盐酸酸化后再经______、冷却结晶、______、洗涤、真空干燥等一系列 操作后得到 BaCl2·2H2O。 (5)常温下，用 BaCl2·2H2O 配制成 0.2 mol·L－1 水溶液与等浓度的氟化铵溶液反应，可得 到氟化钡沉淀。请写出该反应的离子方程式：________________________。 解析：(1)钡矿粉中 SiO2 与盐酸不反应，故滤渣 A 为 SiO2。 (2)滤液 1 加 H2O2 的作用是将 Fe2＋氧化为 Fe3＋，反应的离子方程式为 H2O2＋2Fe2＋＋2H ＋===2Fe3＋＋2H2O。 (3)根据已知信息及流程图可知，加 H2O2、调 pH，得到的滤渣 B 为 Fe(OH)3，加 20%NaOH 溶液调节 pH＝12.5，得到的滤渣 C 为 Mg(OH)2。(4)滤液 3 加盐酸酸化后得到 BaCl2 和 HCl 的混合溶液，由该溶液得到 BaCl2·2H2O 的实验操作为加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、 真空干燥等。 答案：(1)SiO2 (2)H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O (3)Mg(OH)2 (4)加热浓缩 过滤 (5)Ba2＋＋2F－===BaF2↓ 4．磷化氢(PH3)是一种剧毒气体，是最常用的高效熏蒸杀虫剂，也是一种电子工业原料。 (1)在密闭粮仓放置的磷化铝(AlP)片剂，遇水蒸气放出 PH3 气体，该反应的化学方程式 为________________________________________________________________________。 (2)利用反应 PH3＋3HgCl2===P(HgCl)3＋3HCl，可准确测定微量的 PH3。 ①HgCl2 溶液几乎不导电，说明 HgCl2 属于____________(填“共价”或“离子”)化合 物。 ②通过测定溶液________变化，可测定一定体积空气中 PH3 的浓度。 (3)PH3 的一种工业制法涉及的物质转化关系如图所示： ①亚磷酸属于________元酸。 ②当反应Ⅰ生成的 n(NaH2PO2)∶n(Na2HPO3)＝3∶1 时，参加反应的 n(P4)∶n(NaOH)＝ ____________________。 (4)一种用于处理 PH3 废气的吸收剂成分为次氯酸钙 80%、锯木屑(疏松剂)15%、活性炭 2.5%、滑石粉(防结块)2.5%。 ①次氯酸钙将 PH3 氧化为 H3PO4 的化学方程式为___________________________ ________________________________________________________________________。 ②空气中的水蒸气可加快 PH3 的氧化过程，其原因可能是 ________________________________________________________________________。 (5)从(4)中的吸收残留物中回收磷酸氢钙(CaHPO4)的方法如下： 试剂 X 为________(填化学式)。 解析：(1)磷化铝(AlP)遇水蒸气放出 PH3 气体，结合原子守恒推知还生成 Al(OH)3，反 应的化学方程式为 AlP＋3H2O===Al(OH)3＋PH3↑。(2)①HgCl2 溶液几乎不导电，说明溶液 中离子浓度较小，HgCl2 难发生电离，故 HgCl2 为共价化合物。②PH3 与 HgCl2 反应生成 P(HgCl)3 和 HCl，溶液的导电性和酸性均增强，故可通过测定溶液中电导率或 pH 的变化来 测定一定体积空气中 PH3 的浓度。(3)①亚磷酸钠的化学式为 Na2HPO3，据此推测亚磷酸 (H3PO3)属于二元弱酸。②反应Ⅰ中黄磷(P4)与 NaOH 溶液发生歧化反应生成 NaH2PO2、 Na2HPO3 和 PH3，其中 PH3 是还原产物，NaH2PO2 和 Na2HPO3 是氧化产物，若产物中 n(NaH2PO2)∶n(Na2HPO3)＝3∶1，设 n(Na2HPO3)＝a mol，则有 n(NaH2PO2)＝3a mol，反应 中得电子的物质的量为 3a mol＋3a mol＝6a mol；根据得失电子守恒可知，反应中生成 PH3 的物质的量为 2a mol；根据 P、Na 原子守恒可知，n(P4)＝1.5a mol、n(NaOH)＝5a mol，故 参加反应的 n(P4)∶n(NaOH)＝1.5a mol∶5a mol＝3∶10。(4)①次氯酸钙将 PH3 氧化为 H3PO4，而本身被还原为 CaCl2，化学方程式为 2Ca(ClO)2＋PH3===H3PO4＋2CaCl2。②Ca(ClO)2 属于强碱弱酸盐，与水蒸气接触后水解生成 HClO，而 HClO 的氧化能力强于 Ca(ClO)2，故 空气中的水蒸气可加快 PH3 的氧化过程。(5)残留物中含有 H3PO4，加入试剂 X 调节 pH，过 滤得到 Ca3(PO4)2 沉淀，显然该过程的目的是中和 H3PO4 电离产生的 H＋，为防止引入新杂质， 试剂 X 应选择 CaO 或 Ca(OH)2。 答案：(1)AlP＋3H2O===Al(OH)3＋PH3↑ (2)①共价 ②电导率(或 pH) (3)①二 ②3∶10 (4)①2Ca(ClO)2＋PH3===H3PO4＋2CaCl2 ②次氯酸钙与水蒸气接触，水解得到氧化能力更强的 HClO (5)Ca(OH)2(或 CaO) 5．黄铜灰渣(含有 Cu、Zn、CuO、ZnO 及少量的 FeO、Fe2O3)生产硝酸铜溶液的流程如 下： (1)写出酸浸时 Fe2O3 和稀硫酸反应的离子方程式： ________________________________________________________________________。 (2)反应Ⅰ中所加 Zn 粉不能过量的原因是________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)滤液Ⅱ中含有的金属阳离子主要有___________________________________。 (4)写出反应Ⅱ的离子方程式：_______________________________________ ________________________________________________________________________。 反应Ⅱ应控制温度不能过高也不能过低的原因是_______________________ ________________________________________________________________________。 (5)已知 Cu(NO3)2·6H2O 和 Cu(NO3)2·3H2O 的溶解度随温度的变 化如图所示。则由 A 点对应的溶液获取 Cu(NO3)2·3H2O 的方法是 _______________________________________________ ____________________________________________。 解析：(2)酸浸后的溶液中含有 Zn2＋、Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋、H＋等阳离子，加入 Zn 的目的 是将 Cu2＋置换生成 Cu，若锌过量，则在过滤Ⅱ所得的滤渣中含有 Fe 和过量的 Zn，加入 HNO3 发生反应Ⅱ后得到的溶液中可能含有 Fe(NO3)2、Fe(NO3)3 和 Zn(NO3)2 杂质。(3)加入锌粉后， 由于氧化性 Fe3＋>Cu2＋，故 Zn 先将 Fe3＋还原为 Fe2＋，后将 Cu2＋置换，故滤液Ⅱ中主要含有 Zn2＋和 Fe2＋两种金属阳离子。(5)由图示可看出，A 点溶液为不饱和溶液，故应将溶液蒸发浓 缩，由于 Cu(NO3)2 水解生成易挥发的 HNO3，故在蒸发的过程中滴加 HNO3 来抑制水解，结 合溶解度曲线，要得到 Cu(NO3)2·3H2O，需将浓缩后的溶液降温至高于 30 ℃时过滤。 答案：(1)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O (2)加入过量的 Zn 粉会使最终所得的 Cu(NO3)2 溶液中含有杂质 (3)Zn2＋、Fe2＋ (4)3Cu＋8H＋＋2NO－ 3 ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 温度过高硝酸会挥发及分解，温度过 低则反应速率较慢 (5)向溶液中加入适量硝酸，将溶液蒸发浓缩，冷却到 30 ℃以上，过滤 6．以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α氧化铝，既降低环境污染又可提高铝资源的 利用率。已知铝灰的主要成分为 Al2O3(含少量杂质 SiO2、FeO、Fe2O3)，其制备流程如下： (1)铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为_______________________________ ________________________________________________________________________。 (2)图中“滤渣”的主要成分为________(填化学式)。 (3)加 30%的 H2O2 溶液发生反应的离子方程式为_____________________________。 (4)煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为 4[NH4Al(SO4)2·12H2O]=====1 240 ℃ 2Al2O3＋ 2NH3↑＋N2↑＋5SO3↑＋3SO2↑＋53H2O，将产生的气体通过下图所示的装置。 ①集气瓶中收集到的气体是________(填化学式)。 ②足量饱和 NaHSO3 溶液吸收的物质除大部分 H2O(g)外还有________(填化学式)。 ③KMnO4 溶 液 褪 色 (MnO － 4 还 原 为 Mn2 ＋ ) ， 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 为 ________________________________________________________________________。 解析：(1)氧化铝与 H2SO4 反应生成硫酸铝和水，反应的化学方程式为 Al2O3 ＋ 3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O。(2)在铝灰的成分中只有 SiO2 不能与 H2SO4 反应，故滤渣的主 要成分是 SiO2。(3)加入 H2O2 的目的是使溶液中的 Fe2＋氧化成 Fe3＋，反应的离子方程式为 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(4)根据晶体分解的方程式可知，通入 NaHSO3 溶液(显 酸性)中的气体有 NH3、N2、SO3、SO2、H2O(g)，由于 NH3 极易溶于水且能与 NaHSO3 反应 而被吸收，SO3 溶于水后生成的 H2SO4 与 NaHSO3 反应生成 SO2，N2 不溶于水也不能被吸收， 故从饱和 NaHSO3 溶液中出来的气体主要有 N2、SO2 和少量的 H2O(g)，SO2 具有强还原性， 能被 KMnO4 吸收，反应的离子方程式为 5SO2＋2MnO－ 4 ＋2H2O===2Mn2＋＋5SO2－ 4 ＋4H＋，故 集气瓶中收集到的气体为 N2。 答案：(1)Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O (2)SiO2 (3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O (4)①N2 ②SO3、NH3 ③2MnO－ 4 ＋5SO2＋2H2O===2Mn2＋＋5SO2－ 4 ＋4H＋ 7．硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为 Mg2B2O5·H2O 和 Fe3O4， 还有少量 Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3 和 SiO2 等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如下所示： 回答下列问题： (1)写出 Mg2B2O5·H2O 与硫酸反应的化学方程式：__________________________。 为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有____________________(写 出两条)。 (2)利用________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是 ________(写化学式)。 (3)“净化除杂”需先加 H2O2 溶液，作用是______________。然后再调节溶液的 pH 约 为 5，目的是___________________________________________________________________ ________________________。 (4)“粗硼酸”中的主要杂质是________(填名称)。 (5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为 ________。 (6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质 硼，用化学方程式表示制备过程______________________________________________。 解析：(1)盐跟酸反应生成新盐和新酸，据此可写出 Mg2B2O5·H2O 与硫酸反应的化学方 程式：Mg2B2O5·H2O＋2H2SO4===== △ 2MgSO4＋2H3BO3。可采取升高温度、将矿石粉碎增大 接触面积或搅拌等措施，以提高浸出速率。(2)Fe3O4 具有磁性。“浸渣”中除含 Fe3O4 外， 还含有与 H2SO4 不反应的 SiO2，以及 CaO 与 H2SO4 反应生成的微溶物 CaSO4。(3)硫酸浸出 后的滤液中，含有的主要物质有 MgSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3、H3BO3 等，H2O2 具有氧化性，因此加入 H2O2 溶液可将其中的 Fe2＋氧化为 Fe3＋。由工艺流程图可知，最后过 滤得到含镁盐母液，因此调节溶液的 pH 约为 5，可使 Fe3＋转化为 Fe(OH)3 沉淀、Al3＋转化 为 Al(OH)3 沉淀。(4)由(3)分析及最后过滤得到含镁盐母液，可知粗硼酸中的主要杂质应为 硫 酸 镁 。 (5)NaBH4 是 一 种 离 子 化 合 物 ， 由 Na ＋ 与 [BH4] － 构 成 ， 其 电 子 式 为 。(6)以 H3BO3 与 Mg 为原料可制备单质 B，根据反应物的性质结合质量 守恒定律可知，其制备过程中反应的化学方程式为 2H3BO3===== △ B2O3＋3H2O，B2O3＋ 3Mg===== △ 3MgO＋2B。 答案：(1)Mg2B2O5·H2O＋2H2SO4===== △ 2H3BO3＋2MgSO4 提高反应温度、减小铁硼矿 粉粒径 (2)Fe3O4 SiO2 和 CaSO4 (3)将 Fe2＋氧化成 Fe3＋ 使 Fe3＋与 Al3＋形成氢氧化物沉淀而除去 (4)(七水)硫酸镁 (5) (6)2H3BO3===== △ B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg===== △ 2B＋3MgO