工藝流程綜合實(shí)驗(yàn)

工藝流程綜合實(shí)驗(yàn)（習(xí)題）1、金屬釩主要用于冶煉特種鋼和在化學(xué)工業(yè)、煉油工業(yè)中作催化劑，被譽(yù)為“合金的維生素”?；厥绽脧U釩催化劑(主要成分為V2O5、VOSO4和二氧化硅)的工藝流程如圖所示：1.粉碎的作用是____________，濾渣可用于____________℃時(shí)，取樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，得到釩沉淀率與溶液pH之間的關(guān)系如下表所示：pH釩沉淀率/%98根據(jù)上表數(shù)據(jù)判斷，加入氨水調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為__________;上述過濾操作過程中所需用到的玻璃儀器有__________。3.為了提高釩的浸出率，采用“酸浸”使廢釩催化劑中的V2O5轉(zhuǎn)化成可溶于水的VOSO4，與氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為_________。4.完成并配平“氧化”過程中的離子方程式：_______+_________VO2++__________=__________VO3++__________Cl-+__________5.廢釩催化劑中V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%(原料中的所有釩已換算成V2O5)。取100g此廢釩催化劑按上述流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)加入105mLmol?L-1的KClO3溶液時(shí)，溶液中的釩恰好被完全處理，假設(shè)以后各步驟中釩均沒有損失，則該工業(yè)生產(chǎn)中釩的回收率是__________。2、二氧化鋯(ZrO2)是最重要的氧離子固體電解質(zhì),用于制造燃料電池、氧氣含量測(cè)定儀等,可由鋯英砂(主要成分為ZrSiO4,也叫表示為ZrO2·SiO2,含有少量Fe2O3、Al2O3、SiO2雜質(zhì))通過如圖所示工藝流程制得。已知:①ZrO2具有兩性,高溫與純堿共熔生成可溶于水的Na2ZrO3,與酸反應(yīng)生成ZrO2+。②部分金屬離子在實(shí)驗(yàn)條件下開始沉淀和完全沉淀的pH如下表:金屬離子Fe3+Al3+ZrO2+開始沉淀時(shí)pH完全沉淀時(shí)pH請(qǐng)回答下列問題:1.已知Zr元素的原子序數(shù)是40,請(qǐng)寫出它在元素周期表中的位置:__________。2.燒結(jié)時(shí)ZrSiO4發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________;濾渣1的化學(xué)式為__________。3.調(diào)節(jié)pH=a時(shí),a的范圍應(yīng)該是__________;用氨水調(diào)節(jié)pH=b時(shí),所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為__________。4.本題的流程中,一共有三步過濾操作,其中最后一步過濾所得的Zr(OH)4沉淀需要洗滌,證明該沉淀已經(jīng)洗滌干凈的最佳操作方法為__________5.工業(yè)上可用鋁熱法冶煉鋯,寫出以ZrO2通過鋁熱法制取鋯的化學(xué)方程式:__________6.一種新型燃料電池用摻雜Y2O3的ZrO2晶體作電解質(zhì),在熔融狀態(tài)下傳導(dǎo)O2-,一極通入空氣,另一極通入乙烷,寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式:__________。3、利用化學(xué)原理可以對(duì)工廠排放的廢水、廢渣等進(jìn)行有效檢測(cè)與合理處理。某工廠對(duì)制革工業(yè)污泥中Cr(Ⅲ)的處理工藝流程如下:已知:①硫酸浸取液中的金屬離子主要是,其次是和。②常溫下,部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH如下:③是難溶物。陽(yáng)離子沉淀完全時(shí)的pH(>8溶解)9(>9)溶解(1)實(shí)驗(yàn)室用的濃硫酸配制480mL2的硫酸,需要量取濃硫酸________mL;配制時(shí)所用玻璃儀器除量筒、燒杯和玻璃棒外,還需______________________________________________。(2)的作用是將濾液Ⅰ中的轉(zhuǎn)化為,寫出此反應(yīng)的離子方程式:____________________________________。(3)加入NaOH溶液使溶液呈堿性,既可以除去某些雜質(zhì)離子,同時(shí)又可以將轉(zhuǎn)化為___________(填微粒的化學(xué)式)。(4)鈉離子交換樹脂的反應(yīng)原理為,則利用鈉離子交換樹脂可除去濾液Ⅱ中的金屬陽(yáng)離子有______________。(5)寫出上述流程中用進(jìn)行還原時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:________________________________________。(6)沉淀滴定法是測(cè)定粒子濃度的方法之一,為了測(cè)定某廢水中的濃度,可用標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定待測(cè)液,已知:銀鹽性質(zhì)AgClAgIAgCNAgSCN顏色白黃白磚紅白滴定時(shí)可選為滴定指示劑的是____________(填編號(hào)),滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是______________________________________。 B. 4、高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：相關(guān)金屬離子[c(Mn+)＝?L﹣1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+開始沉淀的pH沉淀完全的pH（1）“濾渣1”含有S和；寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應(yīng)的化學(xué)方程式。（2）“氧化”中添加適量的MnO2的作用是。（3）“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為～6之間。（4）“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“濾渣3”的主要成分是。（5）“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+．若溶液酸度過高，Mg2+沉淀不完全，原因是。（6）寫出“沉錳”的離子方程式。（7）層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學(xué)式為L(zhǎng)iNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合價(jià)分別為+2、+3、+4．當(dāng)x＝y(tǒng)＝時(shí)，z＝。5、黃銅礦的主要成分是CuFeS2（硫元素-2價(jià)，鐵元素+2價(jià)）。實(shí)驗(yàn)室用黃銅礦為原料制取單質(zhì)銅和鐵紅（Fe2O3）的流程如下：已知：CuFeS2+O2Cu+FeS+SO2FeS+2HCl＝FeCl2+H2S↑1.實(shí)驗(yàn)室制氯氣的化學(xué)方程式為。和H2S有毒，會(huì)造成大氣污染。①已知SO2和H2S混合可以得到單質(zhì)硫。為使SO2和H2S恰好完全轉(zhuǎn)化為硫，二者體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）比應(yīng)為。為檢驗(yàn)?zāi)澄矚庵惺欠窈蠸O2、CO2、CO三種氣體，實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)用如下裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。選擇上述裝置（可以重復(fù)），按照氣流方向其連接順序?yàn)锳→（填序號(hào)）。具有強(qiáng)氧化性，可與濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣。①上述反應(yīng)化學(xué)方程式為；由PbO與次氯酸鈉溶液反應(yīng)可制得PbO2，反應(yīng)的離子方程式為。②Cl2是紡織工業(yè)中常用的漂白劑，Na2S2O3可作漂白布匹后的“脫氯劑”。Na2S2O3在溶液中被Cl2氧化成，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。③本實(shí)驗(yàn)存在的一個(gè)缺陷是。4.按上述流程用150g黃銅礦粉末可制得48gFe2O3（鐵紅），則該黃銅礦中含CuFeS2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是________（假設(shè)各步反應(yīng)均完全進(jìn)行且過程中無額外物質(zhì)損耗）。6、鎳及其化合物用途廣泛。某礦渣的主要成分是NiFe2O4(鐵酸鎳)、NiO、FeO、CaO、SiO2等,以下是從該礦渣中回收NiSO4的工藝路線:已知:(NH4)2SO4在350℃以上會(huì)分解生成NH3和H2SO4。NiFe2O4在焙燒過程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3。錫(Sn)位于第五周期第ⅣA族。1.焙燒過程中NiFe2O4發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________。2.“浸泡”過程中Fe2(SO4)3生成FeO(OH)的離子方程式為_________________,“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)外還含有_____(填化學(xué)式)。3.為保證產(chǎn)品純度,要檢測(cè)“浸出液”的總鐵量:取一定體積的浸出液,用鹽酸酸化后,加入SnCl2將Fe3+還原為Fe2+,所需SnCl2的物質(zhì)的量不少于Fe3+物質(zhì)的量的_____(填百分?jǐn)?shù));除去過量的SnCl2后,再用酸性KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定溶液中的Fe2+,滴定時(shí)反應(yīng)的離子方程式為______________________,滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象為______________________________________。4.“浸出液”中c(Ca2+)=×10-3mol·L-1,當(dāng)除鈣率達(dá)到%時(shí),溶液中c(F-)=_____mol·L-1。[已知Ksp(CaF2)=×10-10]5.本工藝中,萃取劑與溶液的體積比(V0/VA)對(duì)溶液中Ni2+、Fe2+的萃取率的影響如圖所示,V0/VA的最佳取值是________。7、某種電鍍污泥中主要含有碲化亞銅(Cu2Te)、三氧化二鉻(Cr2O3)以及少量的金(Au),可以用于制取Na2Cr2O7溶液、金屬銅、粗碲等,以實(shí)現(xiàn)有害廢料的資源化利用,工藝流程如下:已知:煅燒時(shí)Cu2Te發(fā)生的反應(yīng)為Cu2Te+2O22CuO+TeO2。1.煅燒時(shí)Cr2O3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________

2.為提高酸浸速率,可采用的措施是__________(答出兩條)

3.浸出液中除了含有TeOSO4(在電解過程中不反應(yīng))外,還可能含有__________(填化學(xué)式)。電解沉積過程中析出單質(zhì)銅的電極為__________極4.工業(yè)上用鉻酸鈉(Na2Cr2O7)母液生產(chǎn)各酸鉀(K2Cr2O7)工藝流程如下圖所示:通過冷卻結(jié)晶能析出大量K2Cr2O7的原因是__________5.測(cè)定產(chǎn)品中K2Cr2O7含量的方法如下:稱取產(chǎn)品試樣配成250mL溶液,用移液管取出于錐形瓶中,加入足量稀硫酸酸化后,再加入幾滴指示劑,用·L-1硫酸亞鐵銨(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行滴定,重復(fù)進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)。(已知被還原為Cr3+)①氧化還原滴定過程中的離子方程式為__________②若三次實(shí)驗(yàn)消耗(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)液的平均體積為,則所得產(chǎn)品中K2Cr2O7的純度為__________%(已知M(K2Cr2O7)=294,計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。6.上述流程中K2Cr2O7發(fā)生氧化還原反應(yīng)后所得溶液中除含有Cr3+外還含有一定濃度的Fe3+雜質(zhì),可通過加堿調(diào)PH的方法使兩者轉(zhuǎn)化為沉淀。已知c(Cr3+)為3×10-5mol·L-1,則當(dāng)溶液中開始析出Cr(OH)3沉淀時(shí)Fe3+是否沉淀完全__________(填“是”或“否”)。[已知:Ksp[Fe(OH)3]=×10-38,Ksp[Cr(OH)3]=×10-31]答案以及解析1答案及解析：答案：1.增大接觸面積，提高VOSO4(可溶性釩化合物)的浸出率;制作光導(dǎo)纖維、建筑材料等;或,或漏斗、燒杯、玻璃棒;︰1;;6;6H+;6;1;3H2O;解析：1.廢釩催化劑中釩元素主要以難溶的V2O5和易溶的形式存在,粉碎的目的是增大接觸面積，提高的浸出率；“水浸”后過濾，得到含VOSO4的濾液A和沉淀V2O5、SiO2；V2O5經(jīng)“酸浸”溶解，形成含的溶液，SiO2不與硫酸反應(yīng).最后得到的濾渣為SiO2,SiO2可用于制作光導(dǎo)纖維、建筑材料等。2.由表中數(shù)據(jù)可知，釩沉淀率達(dá)到最大值時(shí)溶液的pH為~;實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過濾操作時(shí)需要用到的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒、燒杯。3.“酸浸”是將廢釩催化劑中的V2O5轉(zhuǎn)化成可溶于水的VOSO4，其化學(xué)方程式為,該反應(yīng)中，V2O5為氧化劑，Na2SO3為還原劑，還原產(chǎn)物與氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2︰1。4.該反應(yīng)中，將氧化為VO3+，而本身被還原為Cl-，離子方程式為。5.根據(jù)釩元素守恒及反應(yīng)的化學(xué)方程式得關(guān)系式：KClO3~6VO3+~3V2O5，則回收到的，故釩的回收率是。2答案及解析：答案：1.第五周期第ⅣB族;+2Na2CO3Na2ZrO3+Na2SiO3+2CO2↑;H2SiO3(或H4SiO4)

4.取適量最后一次洗滌液于試管中,加入用鹽酸酸化的BaCl2溶液,沒有白色沉淀生成,證明沉淀已經(jīng)洗滌干凈

+4Al3Zr+2Al2O3

+14O2-4CO2+6H2O解析：元素的原子序數(shù)是40,由核外電子排布規(guī)律可知,Zr元素的原子核外各層電子數(shù)由里向外依次為2、8、8、18、4,故其在元素周期表中的位置為第五周期第ⅣB族。

與Na2CO3在高溫下發(fā)生反應(yīng)生成Na2ZrO3、Na2SiO3和CO2氣體,化學(xué)方程式為ZrSiO4+2Na2CO3Na2ZrO3+Na2SiO3+2CO2↑。硅酸鈉溶液與過量硫酸反應(yīng)生成硅酸(或原硅酸)沉淀,所以濾渣1為H2SiO3(或H4SiO4)

3.用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH=a,目的是使Fe3+、Al3+沉淀完全,以達(dá)到除去兩種離子的目的,但同時(shí)不能使ZrO2+沉淀,根據(jù)圖表信息可知適宜的pH范圍為≤pH<;根據(jù)流程圖可知,用氨水調(diào)節(jié)pH=b時(shí),溶液中的ZrO2+與氨水反應(yīng)生成Zr(OH)4沉淀,離子方程式:

溶液與NH3·H2O反應(yīng)生成Zr(OH)4沉淀和硫酸銨溶液,所以Zr(OH)4沉淀上可能附備硫酸銨,因此檢驗(yàn)硫酸根離子是否存在即可,故實(shí)驗(yàn)操作:取適量最后一次洗滌液于試管中,加入用鹽酸酸化的BaCl2溶液,若沒有白色沉淀生成,則證明沉淀已經(jīng)洗滌干凈。

5.高溫下,金屬鋁與氧化鋯發(fā)生置換反應(yīng)生成鋯和氧化鋁,化學(xué)方程式為3ZrO2+4AI3Zr+2Al2O3

6.乙烷燃料電池中,乙烷在負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),乙烷被氧化為CO2,O2-向負(fù)極移動(dòng),結(jié)合電荷守恒和原子守恒可得負(fù)極的電極反應(yīng)式:2C2H6-28e-+14O2-4CO2+6H2O。3答案及解析：答案：(1);500mL容量瓶