1、1专题 10 化工流程大题1.某科研课题小组研究利用含 H+、Na +、Zn+、Mn 2+、Fe 2+、Fe 3+、SO 42 的工业废电解质溶液，制备高纯的ZnO、MnO 2、Fe 2O3，设计出如下实验流程：回答下列问题:(1)加入双氧水的目的是_。(2)第一次调 pH使 Fe3+完全沉淀，写出反应的离子方程式_。(3)第二次调 pH前，科研小组成员分析此时的溶液，得到相关数据见下表(表中金属离子沉淀完全时，其浓度为 1105 mol/L)。为防止 Mn2+也同时沉淀造成产品不纯，最终选择将溶液的 pH控制为 7，则此 时溶液中 Zn2+的沉淀率为_，利用滤渣制备高纯的 ZnO时，必然含有
2、极其微量的_(以物质的化学式表示)。(4)已知常温下，K sp(MnS)=3.01014 、K sp(ZnS)=1.51024 。在除锌时发生沉淀转化反应为：MnS(s)+Zn2+(aq) ZnS(s)+Mn2+(aq)，其平衡常数 K=_。(5)沉锰反应在酸性条件下完成，写出该反应的离子方程式_。【答 案】(1). 将 Fe2+氧化为 Fe3+ (2). Fe3+3OH-=Fe(OH)3 (3). 99% (4). Fe2O3 (5). 21010 (6). Mn2+S2O82-+2H2O=MnO2+2SO 42-+4H+第一次调 pH使 Fe3+完全沉淀时，有及其少量的 Fe3+存在，所以
3、利用滤渣制备高纯的 ZnO时，必然含有极其微量的 Fe2O3。2(4)、MnS(s)= Mn 2+(aq)+ S2- (aq) Ksp(MnS)=3.01014 、ZnS(s)= Zn 2+(aq) + S2- (aq) Ksp(ZnS)=1.51024 ，在除锌时发生沉淀转化反应为：MnS(s)+Zn 2+(aq) ZnS(s)+Mn2+(aq)，其平衡常数K=3.01014 /1.51024=21010； （2）对于固体参加的反应来说，固体表面积越大，反应速率越大，“焙烧”前将矿石粉碎成细颗粒可增大固体表面积，提高原料的利用率。（3）在生产过程中，酸浸中会产生大量黄绿色气体，说明 Ce4+
4、离子具有强氧化性，可将 Cl-氧化为 Cl2，离子方程式为：2CeO 2+2Cl-+8H+=2Ce3+Cl2+4H2O4. 中科院张涛院士的研究团队研究发现纳米 ZnO可作为一些催化剂的载体。如图是通过锌精矿（主要成分 ZnS）与软锰矿（主要成分为 MnO 2）酸性共融法制备纳米 ZnO及 MnO 2的工艺流程。回答下列问题：（1）“酸浸”时，锌、锰离子浸出率与溶液温度关系如图 1所示。当锌、锰离子浸出效果最佳时，所采用的最适宜温度为。 （2）写出酸浸时 ZnS与 MnO 2发生的主要化学反应方程式（无单质硫生成）。3（3）P 5O7（酸性磷酸酯）作萃取剂分离锌、锰离子时，溶液的初始 pH与分
5、离系数关系如下表所示：初始 PH 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5锌锰粒子分离系数 7.64 8.83 9.97 11.21 12.10 13.17 13.36 11.75已知：分离系数越大，分离效果越好；萃取剂 P5O7是一种不溶于水的淡黄色透明油状液体，属于酸性萃取剂。 试分析初始。PH4.0 时，锌锰离子分离系数降低的原因是 。 （4）（NH 4） 2S2O8是一种强氧化剂，能与 Mn2+反应生成紫色 MnO4-和 SO42-用（NH 4） 2S2O8检验水相中的Mn2+时发生反应的离子方程式为 （5）二氧化锰广泛用于电池。一种海水中的“水”电池的电池总反应
6、可表示为 5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl电池放电时，负极的反应式为 。 （6）电解尿素的碱性溶液制取 N2和 H2的装置如图 2所示。（电解池中的隔膜仅阻止气体通过，两电极都是惰性电极） A 电极的名称为 ，若起始时加入电解池的原料配比:n(KOH)/n(CO(NH 2)2)=3,完全反应后，电解排出液中 n(OH -)/n(CO32-)= 【答案】95；ZnS+4MnO 2+4H2SO4=ZnSO4+4MnSO4+4H2O; 锌离子与锰离子水解程度变大；5S 2O82-+2Mn2+8H2O=2MnO4-+10SO42-+16H+ ;Ag+Cl-e-=AgCl；阳
7、极；1：1（2）ZnS 与 MnO2在硫酸溶液中反应生成硫酸锌、硫酸锰和水，反应的化学方程式为：ZnS+4MnO2+4H2SO4=ZnSO4+4MnSO4+4H2O； 4（3）锌离子和锰离子属于弱碱阳离子，在溶液中会发生水解，pH 过大时，锌离子与锰离子水解程度变大，锌锰离子分离系数降低； （3）硝酸有氧化性，会氧化 Na2SO3，且会引入杂质 NO3-，为保证最后得到纯净的硫酸钠，酸 C为硫酸，不能选用硝酸等其他酸溶液。酸化后 Cr2O2-7可被 SO32-还原成 Cr3+， SO 32-变为 SO42-，离子方程式为：3SO 32-+2Cr2O72-+8H+=2Cr3+3SO42-+4H2
8、O；根据该反应可知，SO 32-在反应中失去电子，所以负极电极反应为：SO322e-+H2O=SO42-+2H+。6随着材料科学的发展,金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用,并被誉为“合金的维生素”.为了回收利用含钒催化剂（V 2O5 、VOSO 4及不溶性杂质),科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺.该工艺的主要流程如图所示:已知:部分含钒物质在水中的溶解性: 物质 V2O5 VOSO4 NH4VO3 (VO2)2SO4溶解性 难溶 可溶 难溶 易溶请回答下列问题:(1)由 V2O5冶炼金属钒采用铝热剂法,反应的化学方程式为 (2) V2O5通常用作为反应 2SO2+O22SO3
9、的理想催化剂,其催化的机理可能是加热时可逆地失去氧的原因,其过程可用两个化学方程式表示: ;4V+5O 22V2O5(3)反应(1)的目的是 (4)将滤液 1与滤液 2混合后用氯酸钾氧化,氯元素被还原为最低价,其反应的离子方程式为: 5(5)反应(3)的沉淀率(又称沉钒率)是回收钒的关系步骤,沉钒必须控制合适的温度和 pH,观察 1图,沉钒的最适宜条件是 (填字母代号).A.pH 22,5,95 B.pH 4-4.5 85, C.pH 4.5-5, 85 D.pH 3-3.5 75, (6)反应(4)在 NH4VO3的焙烧过程中,固体质量的减少值(纵坐标)随温度变化的曲线如 2图所示,则其分解
10、过程中 (填字母代号).A.先分解失去 H2O,再分解失去 NH3 B.先分解失去 NH3,再分解失去 H2OC.同时分解失去 H2O和 NH3 D.同时分解失去 H2和 N2和 H2O(7)锂钒氧化物 Li-V2O5非水电池的能量密度远远超过其他材料电池,其总反应式为 xLi+V2O5=LixV2O5,则该电池工作时的正极反应式为 【答案】3V 2O5+10Al=6V+5Al2O3 5SO2+ V2O5=5SO3+2V 将 V2O5转化为可溶性的 VOSO4 ClO3-+6VO2+3H2O=6VO2+6H+Cl- A B V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5【解析】(4)含 VOSO4
11、的滤液 1与主要成分是 VOSO4滤液 2混合后用氯酸钾氧化,使 VOSO4氧化成完全电离可溶于水的(VO 2)2SO4,氯元素被还原为 Cl-,根据化合价的升降写出离子离子方程式.6因此，本题正确答案是: ClO 3-+6VO2+3H2O=6VO2+6H+Cl-;(5)根据图 1分析坐标系中的表示含义,看图沉矾率最大在 pH 2.0-2.5,95;因此，本题正确答案是:A; C(NH4+)+c(H+)=2c（SO 42-）+C(OH -),25时,pH=7 是显中性的溶液,故 c(H+)= c(OH-),所以 C(NH4+)=2c（SO 42-）；9细菌冶金是近年来新兴的绿色冶金工艺,它主要
12、是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和炉渣等,以回收某些贵重有色金属和稀有金属,节约矿产资源,最大限度地利用矿藏的一种冶金方法.其中细菌冶铜的生产流程为:(1)上述生产流程中有两步都涉及了同一种分离方法,实验室中不能用这种分离方法来分离液态胶体的原因是 (2)莫尔盐是一种标定氧化剂浓度的基准物质.在溶液 B中加入(NH 4)2SO4晶体析出莫尔盐的原因 (3)在溶液 A中加入铁屑,反应后若固体中只有 Cu,则所得的溶液中一定含有的阳离子是 不可能含有的阳离子是 (4)写出 CuSFeS 在氧化亚铁硫杆菌 (Thiobacillus ferrooxidans,简写为 T f)作用下被空气氧化生成溶液
13、A的离子方程式 7(5)氧化亚铜可用作船底防污漆,以杀死低级海生动物而保护船体,可用作陶瓷和搪瓷的着色剂和红色玻璃的染色剂,氧化亚铜也是一种重要的半导体材料.请用浓的强碱性溶液,根据 2Cu+H2O=Cu2O+H2反应,设计出工业生产氧化亚铜的一种方法(只要求画实验装置图,其他必要材料任选)【答案】胶体的分散质(或胶体粒子)能通过滤纸孔隙,反应体系中莫尔盐的溶解度最小;Fe 2+ Fe3+4CuSFeS+17O2+4H+=4Cu2+4Fe3+8SO42-+2H2O【解析】向黄铜矿粉中加入稀硫酸、氧化亚铁硫杆菌、空气,发生反应,离子方程式为4CuSFeS+17O2+4H+=4Cu2+4Fe3+8
14、SO42-+2H2O,向溶液 A中加入铁屑,发生反应Cu2+Fe=Fe2+Cu、2Fe 3+Fe=3Fe2+,然后过滤得到 Cu和溶液,向溶液中加入(NH 4)2SO4,然后蒸发浓缩、冷却结晶得到莫尔盐,(1)上述生产流程中有两步都涉及了同一种分离方法为过滤,难溶性固体不能透过滤纸和半透膜,胶体能透过滤纸但不能透过半透膜,所以实验室中不能用过量分离方法来分离液态胶体； （2）三氧化钼与强碱溶液反应生成 Na2MoO4和 H2O，反应的离子方程式为：MoO 3+2OH-=MoO42-+H2O。（3）根据流程图看出，辉钼矿在氧气中灼烧生成 MoO3，化学方程式为：2MoS 2+7O2=2MoO3+
15、4SO2。12.二硫化钼（MoS 2）被誉为“固体润滑剂之王”，利用低品质的辉钼矿（含 MoS2 、SiO 2以及 CuFeS2等杂质）制备高纯二硫化钼的一种生产工艺如图：8回答下列问题： （1）钼酸铵的化学式为(NH 4)2MoO4，其中 Mo的化合价为 。（2）利用联合浸出除杂时，氢氟酸可除去的杂质化学式为 ，如改用 FeCl3溶液氧化浸出，CuFeS 2杂质的浸出效果更好，写出氧化浸出时发生的化学反应方程式 。（3）加入 Na2S后，钼酸铵转化为硫代钼酸铵(NH 4)2MoO4，写出(NH 4)2MoO4与盐酸生成 MoS3沉淀的离子反应方程式 。（4）由图分析产生三硫化钼沉淀的流程中应
16、选择的最优温度和时间是 。利用化学平衡原理分析低于或高于最优温度时，MoS 3的产率均下降的原因： 。（5）高纯 MoS2中自然会存在极微量杂质，如非整比晶体 MoS2.8，则该杂质中 Mo4+与 Mo6+的物质的量之比为 。（6）已知 Ksp(BaSO4)=1.110-10, Ksp(BaMoO4)=410-8，钼酸钠品体（NaMoO 42H2O）是新型的金属缓蚀剂，不纯的钼酸钠溶液中若含少量可溶性硫酸盐杂质，可加入 Ba(OH)2固体除去 SO42-（溶液体积变化忽略），则当 BaMoO4开始沉淀时，溶液中的 c(MoO42-)/c(SO42-) （结果保留 2位有效数字）。 【答案】（1
17、）+6（1 分）（2）SiO 2（1 分）；4FeCl 3+ CuFeS2= 5FeCl2+CuCl2+2S（3）MoO 42-+2H+=MoS3+H2S9（4）40,30min；温度太低不利于 H2S逸出；温度太高，盐酸挥发，溶液 c(H+)下降，都不利于反应正向进行（5）1:4（6）3.610 2（3） (NH 4)2MoO4在溶液中应该电离出铵根离子和 MoO42-，MoO 42-与盐酸的氢离子作用生成 MoS3，则另外的生成物只能是 H2S气体，所以离子反应方程式为：MoO 42-+2H+=MoS3+H 2S。 15. 高氯酸铵（NH 4ClO4）可用作火箭推进剂等。制备（NH 4Cl
18、O4的工艺流程如图所示：（1）电解 NaClO3溶液时，ClO 3-在 极发生反应，其电极反应式为 。（2）“除杂” 有两种方案。方案 1：加入盐酸和 H2O2溶液，NaClO 3转化为 ClO2，化学方程式为 。方案 2：加入氨水和 FeCl24H2O， NaClO 3转化为 Cl-，离子方程式为 。如果 FeCl24H2O过量会出现黑色磁性沉淀，该沉淀可能是 。（填化学式）比较氧化性：ClO 3- ClO4-（填“” 或“ 操作步骤简单（或过量的 H2O2易除去等合理答案）（1 分）（3）浓盐酸和液氨的反应为放热反应。（1 分）（4）NaCl（3）因为浓盐酸与液氨会反应放出大量热，所以不用
19、加热。（4）由流程图可知 NaCl是可以循环利用的。16. KIO3是我国规定的食盐补碘剂，利用“KClO 3氧化法”可制备 KIO3，流程如下：已知：“酸化反应”所得产物有 KH(IO3)2、Cl 2和 KCl。(1)KIO3所含的化学键有_。(2)逐出的 Cl2可用_检验；“滤液”中的溶质主要是_；“调 pH”中所用的试剂是_。11(3)已知 KIO3在水中的溶解度随温度升高而增大，则操作 I包含的操作应该是_、_、过滤 。(4)为测定“加碘食盐”中碘元素 含量：称取 50.000g食盐，配成 250mL溶液；量取 25.00mL溶液于锥形瓶中，加入足量 KI，并用少量稀硫酸酸化，使 KI
20、O3与 KI反应完全；以淀粉为指示剂，用 2.010-4mol/L的 Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗 Na2S2O3溶液体积为 30.00mL。已知：KIO3+KI+H2SO4K 2SO4+I2+H2O(未配平)，2Na 2S2O3+I2Na 2S4O6+2NaI。测定过程中，所需仪器在使用前必须检查是否漏液的有_。(5)判断滴定终点的依据是_。(6)配平：KIO 3+KI+H2SO4K 2SO4+I2+H2O _ (7)该食盐中碘元素的含量是_mg/kg。【答案】 (1). 离子键和共价键 (2). 湿润的 KI淀粉试纸检验 (3). KCl (4). KOH溶液 (5). 蒸发浓缩 (
21、6). 冷却结晶 (7). 容量瓶、滴定管 (8). 溶液由蓝色变成无色，且30秒内无变化 (9). KIO 3+5KI+3H2SO43K 2SO4+3I2+3H2O (10). 25.4(3)已知 KIO3在水中的溶解度随温度升高而增大，则操作 I包含的操作应该是蒸发浓缩 、冷却结晶 、过滤。(4) 测定“加碘食盐”中碘元素含量操作中使用了容量瓶和滴定管,使用前必须检查是否漏水；(5)碘与淀粉相遇，溶液显蓝色，当滴加最后一滴 Na2S2O3溶液后，溶液由蓝色变成无色，且 30秒内无变化，达到滴定终点；(6) KIO3I 2，碘元素由+5 降低到 0价；KII 2，碘元素由-1 价升高到 0价
22、；根据氧化还原反应化学价升降总数相等规律可知，KIO 3填系数 1，KI 填系数 5，再根据原子守恒配平其他物质系数，具体为：KIO3+5KI+3H2SO4=3K2SO4+6I2+3H2O；1217.氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。以菱镁矿(主要成分为(MgCO 3，舍少量 FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：（1）通入 O2氧化时，发生反应的离子方程式为_。（2）滤渣 2的成分是_（填化学式）（3）流程图中“操作步骤”为 、过滤等操作，得到 MgSO47H2O晶体。对MgSO47H2O晶体直接加热 （填“能”或“不能”）得到无水 Mg
23、SO4固体。（4）长时间加热 MgCO3悬浊液后生成 Mg(OH)2，该反应的化学方程式为 。（5）已知酸碱指示剂百里酚蓝变色的 pH范围如表所示：pH 9.6颜色 黄色 绿色 蓝色25时，向 Mg(OH)2的饱和溶液中滴加 2滴百里酚蓝指示剂，溶液所呈现的颜色为25时，Mg(OH) 2的溶度积 Ksp=5.610-12）。（6）煅烧过程存在以下反应： 2MgSO4+C2MgO+2SO2+CO 2； MgSO 4+CMgO+SO2+CO；MgSO4+3CMgO+S+3CO。若在实验室中煅烧硫酸镁，需要的仪器除酒精灯、三脚架以外，还需要 。A蒸发皿 B坩埚 C泥三角 D石棉网用下列实验装置检验煅
24、烧产生的气体中含有 SO2、CO 2气体（加热装置略去，部分装置可以重复使用）。13正确的连接顺序是 ab （按接口连接）。B 中盛放的试剂是 ，确定存在二氧化碳气体的实验现象是 。【答案】（1）4Fe 2+O2+4H+=4Fe3+2 H2O（2 分） （2）Fe(OH) 3（2 分）（3）蒸发浓缩、冷却结晶 （2 分，少选一个扣 1分） 能 （1 分）（4）MgCO 3+H2O= Mg(OH)2+CO2（2 分）（5）蓝色（2 分）（6）B C （2 分，少选一个扣 1分）dcabfge（或 dcfge）（2 分，少选、错选不得分） 酸性高锰酸钾溶液（2 分）后 A中品红不褪色，澄清石灰水变
25、浑浊（或 B中颜色变浅，澄清石灰水变浑浊）（2 分）【解析】 （1）菱镁矿与硫酸反应生成 Fe2+，通入氧气，把 Fe2+氧化为 Fe3+，离子方程式为：4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2 H2O (2) PbSO4不溶于硫酸的固体，CuS 不溶于稀硫酸的固体；因此从流程可以看出，样品经过酸浸后， “浸渣1”中除铋的化合物外，还有的物质是 CuS、PbSO 4；(3) “浸液 1”中含有锌离子、铁离子、铜离子，加入过量锌粉，锌能够与铁离子、铜离子反应生成铁和铜，确保 Fe、Cu 元素被完全除尽；反应完毕后，过滤，从滤液中得到 ZnSO47H2O晶体的操作有加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
26、。19. I、下图是全钒液流电池的示意图14该电池充放电的总反应式为：请回答下列问题：（1）充电时的阴极反应式为_，阳极附近颜色变化是_。（2）放电过程中，正极附近溶液的 pH _（选填“升高” “降低”或“不变” ） 。II、回收利用废钒催化剂（主要成分为 V2O5、VOSO 4和二氧化硅）的工艺流程如下图所示。（3）滤渣可用于_（填一种用途） 。（4）25时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液 pH之间的关系如下表所示：pH 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1钒沉淀率（）88.1 91.8 96.5 98 99.8 97.8 96.4 93.0 89.
27、3根据上表数据判断，加入氨水调节酸碱性，溶液的最佳 pH为_；（5）为了提高钒的浸出率，用酸浸使废钒催化剂中的 V2O5转变成可溶于水的 VOSO4，酸浸过程中，氧化产物和还原产物的物质的量之比为_。（6）氧化过程中，VO 2+变为 VO2+，则该反应的离子方程式为_。【答案】 (1). V3+e V2+ (2). 蓝色变黄色 (3). 升高 (4). 制作光导纤维、建筑材料等 (5). 1.7 (6). 1：2 (7). ClO 3+6VO2+3H2O 6VO2+Cl+6H+ 15（4）从图中钒沉淀率和溶液 pH之间的关系可知，当加入氨水调节溶液的酸碱性，溶液的最佳 pH为 1.7时，钒沉淀率最高；（5）亚硫酸根离子具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2+SO42-+2H2O，所以酸浸过程中氧化产物和还原产物的物质的量之比为 1:2；（6）氧化过程中，氯酸钾具有氧化性，能将 VO2+氧化为 VO2+，本身被还原为 Cl，该反应的离子方程式为：ClO3+6VO2+3H2O 6VO2+Cl+6H+。
