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
