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2019年高考化学化工流程全突破专题08化工流程计算知识讲解.doc

1、- 1 -专题 08 化工流程计算化学计算包括:纯度,转化率、产率计算,有效数字的取舍。一 . 关系式法典例 1 铁矿石主要成分为铁的氧化物(设杂质中不含铁元素和氧元素,且杂质不与 H2SO4反应)。有一种测定铁矿石中含铁量的方法如下。已知:2Na 2S2O3+I2Na 2S4O6+2NaI。完成下列填空:(1)步骤用到的玻璃仪器除烧杯外,还有_。(2)步骤对应反应的离子方程式为_。(3)步骤中煮沸的作用是_。步骤中必须用到的定量实验仪器是_。(4)步骤可用淀粉作为滴定终点的指示剂,达到滴定终点时的现象是_。若滴定过程中有空气进入,则测定结果_(选填“偏高” 、 “偏低”或“无影响” 。(5)

2、若过程中消耗 0.5000mol/LNa2S2O3溶液 20.00mL,则铁矿石中铁的百分含量为_。【答案】漏斗、玻璃棒 2Fe2 Cl 22Fe 3 2Cl 除去过量的氯气,避免影响后续滴定250mL 容量瓶溶液由蓝色恰好变为无色且 30 秒内不还原偏高 70%- 2 - 氧化成 I2,使消耗的 Na2S2O3的量增加,即所测结果偏高;(5)根据反应的方程式可知 2Fe3 2I 2Na 2S2O3,矿石中铁元素的百分含量70%。典例 2 焦亚硫酸钠(Na 2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:(1)生产 Na2S2O5,通常是由 NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制

3、得。写出该过程的化学方程式_。(2)利用烟道气中的 SO2生产 Na2S2O5的工艺为:pH=4.1 时,中为_溶液(写化学式) 。工艺中加入 Na2CO3固体、并再次充入 SO2的目的是_。(3)制备 Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中 SO2碱吸收液中含有NaHSO3和 Na2SO3。阳极的电极反应式为_。电解后,_室的 NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到 Na2S2O5。(4)Na 2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中 Na2S2O5残留量时,取 50.00 mL 葡萄酒样品,用 0.01000 molL1的碘标准液滴定至终点,消耗 1

4、0.00 mL。滴定反应的离子方程式为_,该样品中 Na2S2O5的残留量为_gL 1(以 SO2计) 。【答案】2NaHSO 3Na 2S2O5+H2ONaHSO3得到 NaHSO3过饱和溶液2H2O4e 4H +O2aS 2O52 +2I2+3H2O2SO 42 +4I +6H 0.128【解析】 (1)亚硫酸氢钠过饱和溶液脱水生成焦亚硫酸钠,根据原子守恒可知反应的方程式为 2NaHSO3Na 2S2O5+H2O;- 3 -(2)碳酸钠饱和溶液吸收 SO2后的溶液显酸性,说明生成物是酸式盐,即中为 NaHSO3;二. 守恒法典例 3 铁的化合物有广泛用途,如碳酸亚铁(FeCO 3)可作为补

5、血剂,铁红(Fe 2O3)可作为颜料。利用某硫酸厂产生的烧渣(主要含 Fe2O3、FeO,还有一定量的 SiO2)制备碳酸亚铁的流程如下:(1) “酸溶”时加快反应速率的方法有_(写出一种)。(2)“还原”时,FeS 2与 H2SO4不反应,Fe 3+通过两个反应被还原,其中一个反应如下:FeS2 +14Fe3+ +8H2O15Fe 2+2SO42 +16H+,则另一个反应的离子方程式为:_;FeS 2还原后,检验 Fe3+是否反应完全的方法是_。(3)“沉淀”时,需控制 pH 不宜过高,否则生成的 FeCO3中可能混有_杂质;写出加入 NH4HCO3生成“沉淀”的化学方程式:_;所得 FeC

6、O3需充分洗涤,检验沉淀已洗涤干净的方法是_。(4)FeCO 3浊液长时间暴露在空气中,会有部分固体表面变为红褐色,同时释放出 CO2,则与 FeCO3反应的物质为_(填化学式)。(5)FeCO 3在空气中煅烧生成 Fe2O3时,也会生成 FeO。现煅烧 34.8g 的 FeCO3,得到 Fe2O3和 FeO 的混合物 23.76g。则 Fe2O3的质量为_ g。【答案】适度加热、适量增加硫酸的浓度、将烧渣粉碎、搅拌等 FeS2+2Fe3+=3Fe2+2S取少量溶液,滴入几滴 KSCN 溶液,若溶液变为血红色,说明其中含有 Fe3+,反之,未反应完- 4 -全 Fe(OH)2FeSO4+2NH

7、4HCO3=(NH4)2SO4FeCO 3H 2OCO 2取少许最后一次洗涤液于试管中,滴加稍过量稀盐酸,无明显现象,再滴加 BaCl2溶液,若无白色沉淀生成,则表明已洗涤干净 O2、H 2O21.6典例 4 一种用软锰矿(主要成分 MnO2)和黄铁矿(主要成分 FeS2) 制取 MnSO4H2O 并回收单质硫的工艺流程如下:已知:本实验条件下,高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。回答下列问题:(1)步骤混合研磨成细粉的主要目的是_;步骤浸取时若生成 S、MnSO 4及 Fe2(SO4)3的化学方程式为_。- 5 -(2)步骤所得酸性滤液可能含有 Fe2+,为了除去 Fe2+可先加入_;

8、步骤需将溶液加热至沸然后在不断搅拌下加入碱调节 pH 为 45,再继续煮沸一段时间, “继续煮沸”的目的是_。步骤所得滤渣为_(填化学式)。(3)步骤需在 90100下进行,该反应的化学方程式为_。(4)测定产品 MnSO4H2O 的方法之一是:准确称取 a g 产品于锥形瓶中,加入适量 ZnO 及H2O 煮沸,然后用 c molL-1KMnO4标准溶液滴定至浅红色且半分钟不褪色,消耗标准溶液VmL,产品中 Mn2+的质量分数为 w(Mn2+)=_。【答案】 增大接触面积,提高硫酸浸取时的浸取速率和浸取率 3MnO2+2FeS2+6H2SO4 =3MnSO4+Fe(SO4)3+4S+6H 2O

9、 软锰矿粉或 H2O2溶液 破坏 Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒长大,便于过滤分离 Fe(OH) 3 (NH4)2Sx+1 2NH3+H 2S+xS (8.25cV/a)%或(8.25cV10 -2)/a 或 0.0825cV/a 或 0.0825cV/a100%三. 其他典例 5 以高硫铝土矿(主要成分为 Al2O3、Fe 2O3、SiO 2,少量 FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得 Fe3O4的部分工艺流程如下:- 6 -(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_。(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

10、曲线如题 16 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=(1 )100%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_。700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_。(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) 。(4) “过滤”得到的滤渣中含大量的 Fe2O3。Fe 2O3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(FeS 2)n(Fe 2O3)=_。【答案】SO 2+OH HSO3FeS2硫元素转

11、化为 CaSO4而留在矿粉中 NaAlO2Al(OH)3116【解析】分析:根据流程,矿粉焙烧时 FeS2与 O2反应生成 Fe2O3和 SO2,在空气中 CaO 可将 SO2转化为CaSO4;“碱浸”时 Al2O3、SiO 2转化为溶于水的 NaAlO2、Na 2SiO3;Fe 2O3与 FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成 Fe3O4和 SO2,(1)过量 SO2与 NaOH 反应生成 NaHSO3和 H2O。(2)根据题给已知,多数金属硫酸盐的分解温度高于 600,不添加 CaO 的矿粉低于500焙烧时,去除的硫元素主要来源于 FeS2。- 7 -典例 6 用工业制立德粉后的铅锌废渣(主要

12、成分为 ZnO 和 PbSO4,杂质为含 Si、Fe(III)、Cu、Cd 等元素的化合物)为原料,制活性氧化锌和黄色颜料铅铬黄,工业流程如图所示:已知常温下 Ksp(PbSO4)=1.610-5,K sp(PbCO3)=7.410-14,K spFe(OH)3=1.010-38。(1)“碱浸”过程中 PbSO4发生反应的离子方程式为_,气体 A 的化学式为_。- 8 -(2)“酸浸”过程中,在常温下应控制 pH 不低于_。(3)“沉降 I”中发生沉降反应的离子方程式为_。(4)滤液 D 中溶质的主要成分为_。(5)以 1t 含锌元素 10的铅锌废渣制得活性氧化锌 113.4kg,依据以上数据

13、能否计算出锌元素的回收率。若能,写出计算结果,若不能,请说明理由。_。(6)常温下 NH3H2O 的电离常数 Kb=1.810-5;碳酸的电离常数:K a1=4.410-7,K a2=5.610-11。该温度下某浓度的(NH 4)2CO3溶液中 c(NH4+)c(NH 3H2O)=18。则溶液 pH为_,c(HCO 3-)c(H 2CO3)=_ _。【答案】 PbSO4 (s) + CO32 (aq) =PbCO3(s) + SO42 (aq) CO2 3 2Pb2+ 2OH+Cr2O72 =2PbCrO4+H 2O (NH4)2SO4 不能,除去铜、镉的过程中添加了锌粉,最终 ZnO 中的锌

14、元素不完全来自于铅锌废渣,无法计算铅锌废渣中锌元素的回收率 8 44- 9 -典例 7 三盐基硫酸铅(3PbOPbSO 4H2O) (相对分子质量为 990)简称“三盐” ,白色或微黄色粉末,热稳定性能优良,主要用作聚氯乙烯的热稳定剂。 “三盐”是由可溶性铅盐中加入硫酸生成硫酸铅,再加氢氧化钠而制得。以 100.0 吨铅泥(主要成分为 PbO、Pb 及 PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如下图所示。已知:(1)Ksp(PbSO 4)=1.8210-8,Ksp(PbCO 3)=1.4610-13;(2)铅与冷盐酸、冷硫酸几乎不起作用。请回答下列问题:(1)写出步骤“转化”的化学方程式_。(2

15、)步骤“酸溶” ,最适合选用的酸为_,为提高酸溶速率,可采取的措施是_(任意写出一条)。(3)若步骤沉铅”后的滤液中 c(Pb2+)=1.8210-5mol/L,则此时 c(SO42-)=_mol/L。(4)从原子利用率的角度分析该流程的优点为_。(5)步骤“合成”三盐的化学方程式为_。若得到纯净干燥的三盐 49.5t,假设铅泥中的铅元素有 80%转化为三盐,则铅泥中铅元素的质量分数为_ % (结果保留一位小数)【答案】 PbSO4+Na2CO3=PbCO3+Na 2SO4 硝酸(或 HNO3) 适当升温(适当增加硝酸浓度、减小滤渣颗粒大小等合理答案均可) 110-3 滤液 2(HNO3溶液)可以循环利用 4PbSO4+6NaOH 3PbOPbSO4H2O+3Na2SO4+2H2O 51.8【解析】分析:由于 PbSO4溶解度较大,又不溶于稀酸,而 PbCO3溶解度小,能溶于稀- 10 -酸,为提高原料的利用率,加入碳酸钠将硫酸铅转化为碳酸铅,然后用硝酸将 PbO、Pb 和PbCO3转化为可溶性铅盐,再向其中加入硫酸,使铅元素转化为 PbSO4,所以滤液 2 中主要为硝酸,可进行循环使用,然后向硫酸铅中加

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