1、1第 17 讲 化学工艺流程1(2018三轮冲刺考前特训)高纯氧化铁是现代电子工业的重要材料。以下是用硫酸厂产生的烧渣(主要成分为 Fe2O3、Fe 3O4、FeO、SiO 2)为原料制备高纯氧化铁的生产流程示意图：(1)酸浸时，常需将烧渣粉碎、并加入过量 H2SO4，其目的是_提高铁元素的浸出率，同时抑制铁离子的水解_；滤渣的主要成分为_SiO 2_(填化学式)。(2)加入 FeS2时，发生反应的离子方程式为 FeS214Fe 3 8H 2O=15Fe2 2SO 16H 。24(3)加入 NH4HCO3目的是_中和溶液中的酸，调节溶液的 pH，使 Fe2 全部转化为FeCO3_。 “沉淀”时
2、，pH 不宜过高，否则制备的 FeCO3中可能混有的杂质是_Fe(OH) 2_。检验 FeCO3是否洗涤干净的方法是_取最后一次洗涤液少量放入试管，滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀生成，说明洗涤干净_。(4)煅烧时，发生反应的化学方程式为 4FeCO 3O 2 2Fe2O34CO 2 。= = = = =高 温 解析 (1)酸浸时，常需将烧渣粉碎、增大烧渣与酸的接触面积，并加入过量 H2SO4，除了使烧渣中的部分氧化物溶解外，还能抑制铁离子的水解。酸性氧化物 SiO2不与酸反应。(2)加入 FeS2时，把铁离子还原为Fe2 ：FeS 214Fe 3 8H 2O=15Fe2 2SO 16H 。
3、24(3)加入 NH4HCO3目的是中和溶液中的酸，调节溶液的 pH，使 Fe2 全部转化为 FeCO3；亚铁离子的水解能力较强，易发生水解， “沉淀”时，pH 不宜过高，否则制备的 FeCO3中可能混有的杂质是 Fe(OH)2 ；检验 FeCO3固体中附着有硫酸根离子，可以用盐酸和氯化钡溶液进行检验，取最后一次洗涤液少量放入试管，滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀生成，说明洗涤干净。(4)在空气中煅烧 FeCO3，二价铁被氧化为三价铁，进一步得到Fe2O3。4FeCO 3O 2=2Fe2O3 4CO2。2(2018潍坊二模)以粉煤灰(主要成分为 Al2O3和 SiO2，还含有少量的 FeO、
4、Fe 2O3等)为原料制备 Al2O3的流程如下：2(1)“酸浸”时需加入过量的稀硫酸，目的是提高浸取率和_抑制 Al3 水解(或为后续反应提供 H )_；滤渣的主要成分是_SiO 2_。(2)“氧化”过程中，加入 H2O2发生反应的离子方程式为 2Fe2 H 2O22H =2Fe3 2H2O 。(3)“提纯”过程中，当加入 NaOH 溶液达到沉淀量最大时，溶液中 c(SO ) c(Na )24_12_。(4)已知 Ksp110 39 。 “提纯”过程中，当 c(Fe3 )_11011 _mol L1 。(5)“沉淀”过程中，通入过量 CO2时发生反应的化学方程式为 NaAlO2CO 22H
5、2O=Al(OH)3NaHCO 3 。解析 (1)根据含有成分，加入硫酸发生的反应是Al2O36H =2Al3 3H 2O， FeO2H =Fe2 H 2O，Fe 2O36H =2Fe3 3H 2O，加入硫酸的目的可以提高浸取率和抑制 Al3 的水解，SiO 2是不溶于水，不溶于酸，因此滤渣是SiO2。(2)过氧化氢具有强氧化性，能把 Fe2 氧化成 Fe3 ，离子反应方程式为H2O22Fe 2 2H =2Fe3 2H2O。(3)加入 NaOH 溶液，达到沉淀量最大，发生 Al3 3OH =Al(OH)3，Fe 3 3OH =Fe(OH)3 ，此时溶液中溶质为 Na2SO4，即 c(SO )
6、c(Na2 )12。24(4)根据 Ksp c(Fe3 )c3(OH )，因为 c(Fe3 )1011 molL1 。(5)利用碳酸的酸性强于偏铝酸，因此有：NaAlO 2CO 22H 2O=Al(OH)3NaHCO 3。3(2018衡水二诊)氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂，是一种白色粉末；微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。下图是工业上用印刷电路的蚀刻液的废液(含Fe3 、Cu 2 、Fe 2 、Cl )生产 CuCl 的流程：按要求回答下列问题：(1)废液的主要含有的金属阳离子是_Fe 2 _(填化学符号，下同)；废渣的成分是_Fe、Cu_，Y 为_HCl_。(2)废液与 Z
7、反应的离子方程式为： 2Fe2 Cl 2=2Fe3 2Cl 或2Fe2 2H H 2O2=2Fe3 2H2O 。(3)写出废渣生成二氧化硫的化学方程式 Cu2H 2SO4(浓) CuSO4 = = = = = 3SO22H 2O 。(4)为得到纯净的 CuCl 晶体，可用下列_b_(填序号)进行洗涤。a纯净水 b乙醇c稀硫酸 d氯化铜溶液(5)生产过程中调节溶液的 pH 不能过大的原因是_防止生成氢氧化铜沉淀或防止 CuCl 水解_。(6)写出产生 CuCl 的离子方程式 SO22Cu 2 2Cl 2H 2O=2CuClSO 4H 24。(7)氯化亚铜的定量分析：称取样品 0.25 g 加入
8、10 mL 过量的 FeCl3溶液 250 mL 锥形瓶中，不断摇动；待样品溶解后，加水 50 mL 和 2 滴指示剂；立即用 0.10 molL1 硫酸铈标准溶液滴至绿色出现为终点；重复三次，消耗硫酸铈溶液平均体积为 25.00 mL。已知：CuCl 的分子式量为99；CuClFeCl 3=CuCl2FeCl 2；Fe 2 Ce 4 =Fe3 Ce3 。则 CuCl 的纯度为_99%_。解析 向工业上以制作印刷电路的废液(含 Fe3 、Cu 2 、Fe 2 、Cl )加入过量的铁粉，三价铁离子与铁粉反应转化为二价铁离子，铜离子与铁反应生成铜，然后过滤，滤渣为过量的铁和生成的铜，依据铜与铁的活
9、泼性，将滤渣溶于盐酸，铜与盐酸不反应，过滤得到滤渣即为铜，废液中加入 Z 为氯水或双氧水，氧化亚铁离子为铁离子，得到蚀刻液，然后铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫，铜与氯气反应生成氯化铜，硫酸铜、二氧化硫、氯化铜反应生成氯化亚铜。(1)印刷电路的废液(含 Fe3 、Cu 2 、Fe 2 、Cl )加入铁，三价铁离子能够与铁反应生成二价铁离子，铜离子能够与铁反应生成铜，过滤后滤渣中含有铜和铁，加入盐酸，铁与盐酸反应生成氯化亚铁，铜与盐酸不反应，将铜分离出来。(2)根据以上分析可知废液与 Z 反应的离子方程式为 2Fe2 Cl 2=2Fe3 2Cl 或2Fe2 2H H 2O2=2Fe3 2H2O
10、。(3)废渣生成二氧化硫的反应是铜和浓硫酸在加热条件下反应生成，反应的化学方程式为 Cu2H 2SO4(浓) CuSO4SO 22H 2O。= = = = = (4)为减少 CuCl 的损失，析出的 CuCl 晶体不用水而用无水乙醇洗涤，答案选 b。(5)生产过程中调节溶液的 pH 不能过大的原因是防止生成氢氧化铜沉淀或防止 CuCl 水解。(6)依据图示可知：CuCl 2、CuSO 4、SO 2、H 2O 反应生成 H2SO4、CuCl，产生 CuCl 的化学方程式依据得失电子守恒得到：CuCl 2CuSO 4SO 22H 2O=2CuCl2H 2SO4，反应的离子方程式为：SO 22Cu
11、2 2Cl 2H 2O=2CuClSO 4H 。244(7)滴定 0.25 g 样品消耗硫酸铈标准溶液的平均体积是 25.00 mL，结合方程式可知：CuClFeCl 3=CuCl2FeCl 2，CuCl 的纯度为(25.0010 3 L0.1 mol/L99 g/mol)/0.25 g100%99%。4(2018河南洛阳是五月模拟)钼酸钠(Na 2MoO4)具有广泛的用途。可做新型水处理剂、优良的金属缓蚀剂及可用于局部过热的循环水系统；Al(OH) 3工业和医药上都具有重要用途，现从某废钼催化剂(主要成分 MoO3、Al 2O3、Fe 2O3等)中回收 Na2MoO4和 Al(OH)3，其工
12、艺如图：回答下列问题：(1)已知 MoO3、Al 2O3与 SiO2相似，均能在高温下跟 Na2CO3发生类似反应，试写出 MoO3与 Na2CO3反应的化学方程式： MoO 3Na 2CO3 Na2MoO4CO 2 。= = = = =高 温 (2)第步操作所得的滤液中，溶质有 Na2MoO4、_NaAlO 2_和过量的 Na2CO3；检验第步操作所得滤渣中含有三价铁的方法是_取少量滤渣洗涤液于试管中滴加几滴 KSCN 溶液，若溶液变红，则证明含3 价铁_。(3)第步操作 H2SO4需要适量，通常是通过_测溶液的 pH 值_来调控 H2SO4的用量；与Na2SO4相比，Na 2MoO4的溶解
13、度受温度的影响变化_较小_(填“较大”或“较小”)。(4)利用铝热反应可回收金属钼。将所得钼酸钠溶液用酸处理得到沉淀，再加热可得MoO3。写出 MoO3发生铝热反应的化学方程式： 4Al2MoO 3 2Mo2Al 2O3 = = = = =高 温 。(5)取废钼催化剂 5.00 g，加入 5.30 g Na2CO3(足量)，经上述实验操作后，最终得到2.34 g Al(OH)3和 6.39 g Na2SO4晶体，则废钼催化剂中 Al2O3、MoO 3的物质的量的比值为_31_。解析 (1)MoO 3、Al 2O3与 Na2CO3的反应和 SiO2与 Na2CO3的反应相似，加入碳酸钠焙烧时可生
14、成 Na2MoO4和 NaAlO2，MoO 3与 Na2CO3反应的化学方程式为 MoO3Na 2CO3Na2MoO4CO 2。= = = = =高 温 (2)高温条件下，氧化铝和碳酸钠反应生成 NaAlO2，滤液中含有焙烧后生成Na2MoO4、NaAlO 2以及过量的 Na2CO3，检验第步操作所得滤渣中含有三价铁，取少量滤渣洗涤液于试管中滴加几滴 KSCN 溶液，若溶液变红，则证明含三价铁。(3)第步操作 H2SO4需要适量，避免氢氧化铝溶解，通常是通过测溶液的 pH 来调控H2SO4的用量，转化关系中蒸发结晶溶液得到硫酸钠晶体和 Na2MoO4溶液，与 Na2SO4相比，5Na2MoO4
15、的溶解度受温度的影响变化较小，硫酸钠溶解度收温度影响大，先析出晶体。(4)MoO3发生铝热反应，高温下和铝反应生成钼和氧化铝，反应的化学方程式为：4Al2MoO 3 2Mo2Al 2O3。= = = = =高 温 (5)加入稀硫酸后，滤渣为 Al(OH)3，滤液中含有 Na2SO4和 Na2MoO4，已知： n(Na2CO3)0.05 mol， n(Na2SO4) 0.045 mol，则由 Na 守恒可知 n(Na2MoO4)5.30 g106 g/mol 6.39 g142 g/mol0.005 mol,2.34 g Al(OH)3的物质的量为 0.03 mol，根据 Al 元素守恒，Al
16、2O32.34 g78 g/mol的物质的量为 0.015 mol，因此，Al 2O3、MoO 3的物质的量之比为 0.015 mol0.005 mol31。5以含有 Al2O3、Fe 2O3等杂质的铬铁矿为主要原料生产重铬酸钠晶体(Na 2Cr2O72H2O)的主要工艺流程如下：己知：铬铁矿在空气中与纯碱煅烧生成 Na2CrO4和一种红棕色固体，同时释放出 CO2气体，且 Al2O3Na 2CO3 2NaAlO2CO 2。请回答：= = = = =煅 烧 (1)在铬铁矿 Fe(CrO2)2中，Cr 的化合价为_3_。(2)滤渣 2 的成分为_Al(OH) 3_。(3)将滤渣 1 放入稀硫酸溶
17、解后得溶液 W，检验该溶液中金属离子的方法是_取少量溶液于试管中，滴加几滴 KSCN 溶液，溶液变红，证明有 Fe3 (其他合理答案也可)_。(4)根据有关国家标准，含 CrO 的废水要经化学处理，使其浓度降至 5.0107 24mol/L 以下才能排放。含 CrO 的废水处理通常有以下两种方法。24沉淀法：加入可溶性钡盐生成 BaCrO4沉淀，再加入可溶性硫酸盐处理多余的 Ba2 。加入可溶性钡盐后的废水中 Ba2 的浓度应不小于_2.410 4 _mol/L，后续废水处理方能达到国家排放标准。还原法：CrO Cr3 Cr(OH)3。写出酸性条件下 CrO 与绿巩在溶液中24 绿 矾 H 石
18、 灰 水 24反应的离子方程式： CrO 3Fe 2 8H =Cr3 3Fe 3 4H 2O 。24(5)某高效净水剂是由 K2FeO4得到的，工业上以溶液 W、次氯酸钾和氢氧化钾为原料制备 K2FeO4，该反应的离子方程式是 2Fe 3 3ClO 10OH =2FeO 3Cl 5H 2O 。24解析 (1)在铬铁矿 Fe(CrO2)2中，Fe 的化合价为2，所以 Cr 的化合价为3。6(2)含杂质的铬铁矿经煅烧、溶于水后，只有氧化铁不溶于水，作为滤渣除去，所以滤渣 1 的成分是 Fe2O3，此时溶液为 Na2CrO4和 NaAlO2的混合液，通入 CO2气体会和 NaAlO2反应产生 Al(
19、OH)3，所以滤渣 2 的成分是 Al(OH)3。(3)将滤渣放入稀硫酸溶解后得溶液 W 为 Fe2(SO4)3，检验 Fe3 的方法是取少量溶液于试管中，滴加几滴 KSCN 溶液，溶液变红，证明有 Fe3 。(4) Ksp(BaCrO4)1.210 10 ， c(CrO )5.010 7 mol/L，所以 c(Ba2 )241.210 10 /5.0107 2.410 4 mol/L。酸性条件下 CrO 与绿矾 FeSO47H2O 反应，CrO 作氧化剂，绿矾作还原剂，其24 24离子方程式为 CrO 3Fe 2 8H =Cr3 3Fe 3 4H 2O。24(5)W 为 Fe2(SO4)3，
20、以溶液 Fe2(SO4)3、次氯酸钾和氢氧化钾为原料制备 K2FeO4，该反应的离子方程式是 2Fe3 3ClO 10OH =2FeO 3Cl 5H 2O。246(2018四川重庆二模)从某废液(含有 Fe2 、Cu 2 、Cl )中回收铜并制得纯净的FeCl3溶液。现以制得纯净的 FeCl3溶液为原料制取优良的水处理剂高铁酸钾(K 2FeO4)，其流程如下：已知：高铁酸钾(K 2FeO4)为暗紫色固体，可溶于水。在中性或酸性溶液中逐渐分解，在碱性溶液中稳定。高铁酸钾具有强氧化性。高铁酸钾(K 2FeO4)与水作用产生 Fe(OH)3。(1)检验废液中含有 Fe2 选用的试剂是_KMnO 4_
21、(填化学式)；从废液中制得纯净的FeCl3溶液加入的试剂除铁粉外，还需要一种试剂是_Cl 2_(填化学式)，加入时发生反应的离子方程式为 2Fe 2 Cl 2=2Fe3 2Cl 。(2)高铁酸钾(K 2FeO4)在处理水过程中的作用是_强氧化性_和_杀菌消毒_。(3)“氧化”过程反应的离子方程式为 2Fe3 10OH 3ClO =2FeO 3Cl 5H 2O 24。(4)过滤时需用的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和_漏斗_，上述工艺得到的高锰酸钾常含有杂质，可用重结晶法提纯，操作是：将粗产品用_稀 KOH 溶液_溶解，然后_加入饱和 KOH 溶液，冷却结晶_。(5)用回收的铜为原料可制得粗制 CuSO
22、45H2O 晶体(含有少量的 FeSO47H2O)，除去CuSO45H2O 晶体中杂质的方法是：向溶液中加入 H2O2，再调解溶液 pH，过滤即可制得纯净的 CuSO4溶液，进而制得纯净 CuSO45H2O 的晶体。已知：室温时一些物质的 Ksp如下表：化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Cu(OH)2Ksp 8.01016 8.01038 3.010207已知溶液中的离子浓度小于 1105 molL1 时就认为沉淀完全。加双氧水的目的是_使 Fe2 氧化为 Fe3 _；若溶液中 CuSO4的浓度为 3.0 molL1 ，通过计算说明此方法可除去粗制 CuSO45H2O 晶体中 FeSO47H2O 的理由_溶液中 CuSO4的浓度为 3.0_molL1 ，则Cu(OH)2开始沉淀时溶液的 pH 为 4，Fe 3 完全沉淀时溶液的 pH 为 3.3，通过计算确定上述方案可行。_。
