適用于老高考舊教材2024版高考化學二輪復習大題突破練1化學工藝流程題課件

大題突破練(一)化學工藝流程題1234561.(2023·內(nèi)蒙古呼和浩特一模)我國鋰云母礦石儲量豐富,現(xiàn)有產(chǎn)自內(nèi)蒙古的鋰云母礦石{主要成分為SiO2·Al2O3·2[(Li,K)(F,OH)],內(nèi)含少量鎂、鈣、鐵的氧化物},工業(yè)上采用硫酸法制備Li2CO3,具體流程如圖甲所示:圖甲

123456查閱資料可知:Ⅰ.“焙燒”溫度對鋰提取率的影響如圖乙所示:圖乙

Ⅱ.“焙燒”過程中鐵的氧化物未參與反應。Ⅲ.3SiO2·Al2O3·2[(Li,K)(F,OH)]+H2SO4(濃)Li2SO4+Al2(SO4)3+K2SO4+SiO2+SiF4↑+H2O。Ⅳ.Li2SO4+Na2CO3══Li2CO3↓+Na2SO4?；卮鹣铝袉栴}:(1)“焙燒”溫度理論上選擇

為宜,同時為提高“焙燒”效率,還可采取的措施有

。

(2)“焙燒”產(chǎn)生的氣體可用NaOH溶液吸收,且元素化合價均不發(fā)生變化,該反應的化學方程式為

。

700℃

將礦石粉碎(或攪拌)SiF4+6NaOH══Na2SiO3+4NaF+3H2O123456(3)在“中和”過程中,為使Fe3+和Al3+完全沉淀,pH至少調(diào)整為

。

圖丙

部分金屬氫氧化物的pKsp(pKsp=-lgKsp)如圖丙所示:(4)“中和”所得“濾渣1”中除氫氧化物沉淀外還含有

。

5SiO2、CaSO4123456(5)“氧化”過程中發(fā)生氧化還原反應的離子方程式為

。

(6)“濾渣2”的主要成分是

。

(7)工業(yè)上還可以通過“苛化反應”,利用Li2CO3(s)+Ca2+(aq)CaCO3(s)+2Li+(aq)反應原理得到氫氧化鋰溶液,進而生產(chǎn)出純度更高的工業(yè)碳酸鋰,請通過計算過程證實該方案的可行性:

。[已知Ksp(Li2CO3)=8.64×10-4,Ksp(CaCO3)=2.5×10-9]ClO-+2Fe2++H2O+4OH-══2Fe(OH)3↓+Cl-Fe(OH)3、Mg(OH)2123456解析

(1)由圖可知,“焙燒”溫度為700

℃時,鋰提取率最高,所以“焙燒”的溫度理論上選擇700

℃;將礦石粉碎或攪拌可提高“焙燒”效率。(2)“焙燒”產(chǎn)生SiF4氣體,SiF4中Si元素化合價為+4價,F元素化合價為-1價;用NaOH溶液吸收,且元素化合價均不發(fā)生變化,所以該反應的化學方程式為SiF4+6NaOH══Na2SiO3+4NaF+3H2O。(3)溶液中離子濃度不高于1×10-5

mol·L-1時視為完全沉淀,由圖可知,Al3+完全沉淀時溶液pH比Fe3+完全沉淀時更高,此時溶液中c(OH-)=

mol·L-1=1×10-9

mol·L-1,此時pH=5,所以pH至少調(diào)整為5。123456(4)“焙燒”后的物質(zhì)中SiO2不與Ca(OH)2反應;“中和”后產(chǎn)物中含有CaSO4,CaSO4微溶于水,所以所得“濾渣1”中除氫氧化物沉淀外還含有SiO2和CaSO4。(5)“氧化”過程主要是氧化亞鐵離子,并調(diào)pH使其沉淀,所以反應的離子方程式為ClO-+2Fe2++H2O+4OH-══2Fe(OH)3↓+Cl-。(6)根據(jù)工藝流程可知,Fe3+和Al3+在“中和”過程完全沉淀,“氧化”過程中有Fe(OH)3以及少量的Mg(OH)2生成。1234562.(2023·四川瀘州二診)四氧化三錳是電子工業(yè)生產(chǎn)錳鋅鐵氧體軟磁材料的重要原料。以碳酸錳礦(主要成分為MnCO3,還含有少量FeCO3、Al2O3、MgO和SiO2等雜質(zhì))為原料制備高品位四氧化三錳的一種工藝流程如下:123456金屬離子Al3+Fe3+Fe2+Mg2+Mn2+開始沉淀4.12.27.59.68.8完全沉淀5.43.29.5——②Ksp(MgF2)=7.4×10-11,Ksp(MnF2)=5.6×10-3。

已知:①0.01mol·L-1金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH見表中數(shù)據(jù):回答下列問題:(1)提高“酸浸”效果的方法有

、

(任寫兩種)。

(2)“氧化1”步驟中,氧化劑a可選用MnO2,發(fā)生反應的離子方程式為

;為了檢驗氧化是否完全,可選用的試劑是

(填化學式)。

碳酸錳礦粉碎、攪拌、增大H+濃度、升高溫度等(任寫兩種,合理即可)2Fe2++4H++MnO2══2Fe3++Mn2++2H2OK3[Fe(CN)6]溶液(或酸性KMnO4溶液)123456(3)“沉鐵鋁”步驟中,調(diào)節(jié)pH的范圍為

。

(4)“沉鎂”步驟中,沉淀轉(zhuǎn)化反應的平衡常數(shù)K值等于

。

(5)“沉錳”步驟中,雜質(zhì)含量直接影響四氧化三錳的品位,實驗測得溫度對四氧化三錳中硫酸根含量的影響如圖所示。實際生產(chǎn)中綜合考慮選擇50℃為宜,不選擇更高溫度的原因是

。

(6)“氧化2”步驟中發(fā)生反應的離子方程式為

。

5.4≤pH<8.87.6×10750℃后

含量減少的趨勢較小,升高溫度使NH3·H2O分解加快反而不利于反應6Mn(OH)2+O2══2Mn3O4+6H2O或6Mn2++12NH3·H2O+O2══2Mn3O4↓+12+6H2O123456解析

往碳酸錳礦(主要成分為MnCO3,還含有少量FeCO3、Al2O3、MgO和SiO2等雜質(zhì))中加入硫酸“酸浸”,礦石中只有SiO2不溶解,其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化為FeSO4、MgSO4、Al2(SO4)3、MnSO4等;加入氧化劑a進行“氧化1”操作,此時Fe2+被氧化為Fe3+;加入試劑b“沉鐵鋁”,生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀;過濾后,往濾液中加入MnF2,將Mg2+轉(zhuǎn)化為MgF2;再次過濾后,往濾液中加入氨水,生成Mn(OH)2沉淀,然后通入O2,將Mn元素部分氧化,從而生成Mn3O4。(1)通過增大接觸面積、適當增大酸的濃度、升高溫度等,都可提高“酸浸”效果。123456(2)“氧化1”步驟中,將Fe2+氧化為Fe3+,氧化劑a可選用MnO2,則發(fā)生反應生成Fe3+、Mn2+等,離子方程式為2Fe2++4H++MnO2══2Fe3++Mn2++2H2O;為了檢驗氧化是否完全,需檢驗Fe2+是否存在,可選用的試劑是K3[Fe(CN)6]溶液或酸性KMnO4溶液。(3)從表中可以看出,pH≥5.4時,Fe3+、Al3+全部轉(zhuǎn)化為沉淀,pH=8.8時,Mn2+開始沉淀,所以“沉鐵鋁”步驟中,調(diào)節(jié)pH的范圍為5.4≤pH<8.8。(4)“沉鎂”步驟中,沉淀轉(zhuǎn)化反應為MnF2(s)+Mg2+(aq)MgF2(s)+Mn2+(aq),則平衡常數(shù)1234563.(2023·寧夏銀川一模)硫酸鎳(NiSO4)是制備各種含鎳材料的原料,在防腐、電鍍、印染上有諸多應用。NiSO4·6H2O可用含鎳廢催化劑(主要含有Ni,還含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、堿的雜質(zhì))制備。其制備流程如圖:123456已知:①lg3≈0.5。②常溫下,部分金屬化合物的Ksp近似值如表1所示:化學式Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Ni(OH)2Ksp近似值4.9×10-172.7×10-391.3×10-331.0×10-15表1回答下列問題:(1)“預處理”用熱的純堿溶液去除廢料表面的油污,其原理是

(用離子方程式表示)。

(2)“濾液1”中的主要溶質(zhì)為NaOH和

。

(3)“濾渣2”的成分為

。

NaAlO2

不溶于酸、堿的雜質(zhì)

123456(4)“濾液2”中加入H2O2發(fā)生反應的離子方程式為

。

(5)常溫下,“調(diào)pH”可選用的物質(zhì)是

(填字母)。

a.氨水b.NaOH c.NiO d.NaClO為使Fe3+沉淀完全(離子濃度小于或等于1.0×10-5mol·L-1),應調(diào)節(jié)溶液的pH至少為

(保留3位有效數(shù)字)。

(6)資料顯示,硫酸鎳結(jié)晶水合物的形態(tài)與溫度的關系如表2所示:溫度低于30.8℃30.8~53.8℃53.8~280℃高于280℃晶體形態(tài)NiSO4·7H2ONiSO4·6H2O多種結(jié)晶水合物NiSO4表2從“濾液3”獲得穩(wěn)定的NiSO4·6H2O晶體的操作是

。

2Fe2++2H++H2O2══2Fe3++2H2Oc2.83蒸發(fā)濃縮、冷卻至30.8~53.8℃結(jié)晶并過濾

123456解析

(1)純堿溶液由于

水解呈堿性:,油污的主要成分是酯類化合物,酯類化合物在堿性溶液中可以水解,所以可以用純堿溶液來去除油污,加熱促進了碳酸根離子的水解。(2)用NaOH溶液“堿浸”,廢催化劑中的Al和Al2O3均與NaOH反應生成NaAlO2,“濾液1”中的主要溶質(zhì)為NaOH和NaAlO2。(3)前面加入NaOH和稀硫酸與Al、Al2O3、Fe反應,不參與反應的只剩下其他不溶于酸、堿的雜質(zhì)。(5)“調(diào)pH”可選用的物質(zhì)不能引入其他雜質(zhì),所以可選用的物質(zhì)為NiO;“調(diào)pH”是為了使Fe3+完全沉淀,但不能使Ni2+沉淀,Fe3+完全沉淀時1234561234564.(2023·遼寧沈陽二模)重鉻酸鉀(K2Cr2O7)在實驗室和工業(yè)上都有廣泛應用。如工業(yè)中常將其用于制鉻礬、火柴、電鍍、有機合成等。工業(yè)上以鉻鐵礦[主要成分為Fe(CrO2)2,雜質(zhì)主要為硅、鐵、鋁的氧化物]制備重鉻酸鉀的工藝流程如下圖所示:已知:①焙燒時Fe(CrO2)2中的Fe元素轉(zhuǎn)化為NaFeO2,鋁的氧化物轉(zhuǎn)化為NaAlO2。②礦物中相關元素可溶性組分物質(zhì)的量濃度c與pH的關系如圖所示,當溶液中可溶性組分濃度c≤1.0×10-5mol·L-1時,可認為已除盡。123456請回答下列問題:(1)寫出焙燒過程中發(fā)生的主要反應的化學方程式:

。

(2)水浸濾渣的主要成分是Fe(OH)3,寫出生成此濾渣的離子方程式:

。

(3)中和步驟中理論pH的范圍是

,中和后濾渣的主要成分是

(填化學式)。

(4)酸化時加冰醋酸調(diào)節(jié)pH約等于5,寫出酸化過程中反應的離子方程式:

。

4.5~9.3H2SiO3、Al(OH)3123456(5)工序Ⅰ經(jīng)過過濾、洗滌后獲得粗產(chǎn)品,則工序Ⅱ的操作方法是

。

(6)可以采用氧化還原滴定法測定產(chǎn)品的純度,還可以采用分光光度法測定(K2Cr2O7溶液的吸光度與其濃度成正比),但測得的質(zhì)量分數(shù)明顯偏低,分析原因,發(fā)現(xiàn)配制K2Cr2O7待測液時少加了一種試劑,該試劑可以是

(填字母)。

a.硫酸

b.氫碘酸c.硝酸鉀 d.氫氧化鉀重結(jié)晶

a1234561234565.(2023·寧夏吳忠一模)硫酸錳是一種重要的化工中間體。一種以高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)與氧化錳礦(主要成分為MnO2等錳的氧化物)為原料制備硫酸錳的工藝流程如下:123456已知:①“混合焙燒”后燒渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。②金屬離子在水溶液中沉淀的pH范圍如下表所示(25℃):物質(zhì)Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Al(OH)3開始沉淀的pH1.97.57.33.0完全沉淀的pH3.29.59.35.4③離子濃度≤10-5mol·L-1時,視為離子沉淀完全。(1)“混合焙燒”的主要目的是

。(2)若“試劑a”為MnO2,則“氧化”步驟發(fā)生反應的離子方程式為

;若省略“氧化”步驟,造成的影響是________________________________________________________________

。

除去礦物中的硫元素(或?qū)⒘蚧镛D(zhuǎn)變?yōu)榻饘傺趸?MnO2+4H++2Fe2+══Mn2++2Fe3++2H2OFe2+完全沉淀時Mn2+也完全沉淀,造成Mn2+損失(或Fe2+去除不完全,影響產(chǎn)品純度)123456(3)“中和除雜”時,應控制溶液的pH范圍是

。

(4)“氟化除雜”后,若使溶液中Mg2+沉淀完全,需維持c(F-)不低于

。[已知:Ksp(MgF2)=6.4×10-10]

(5)“碳化結(jié)晶”時發(fā)生反應的離子方程式為

,最后一步“系列操作”主要是

。

5.4≤pH<7.38×10-3

mol·L-1Mn2++2

══MnCO3↓+CO2↑+H2O蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥

123456解析

高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)與氧化錳礦“混合焙燒”,得到各類金屬氧化物,加入硫酸,得到含Mn2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、Al3+的酸性溶液,加入二氧化錳將亞鐵離子氧化為鐵離子,再加入碳酸鈣消耗氫離子促進水解,將鐵離子和鋁離子以氫氧化物的形式除去,加入MnF2“氟化除雜”,使溶液中的Mg2+、Ca2+沉淀完全,此時溶液中的金屬離子主要為Mn2+,加入碳酸氫銨發(fā)生反應:Mn2++2══MnCO3↓+CO2↑+H2O,加入硫酸溶解得MnSO4溶液,經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等系列操作得到硫酸錳晶體。(1)高硫錳礦含有FeS,“混合焙燒”可以將金屬硫化物轉(zhuǎn)化為金屬氧化物,同時除去硫元素。123456(2)若省略“氧化”步驟,則鐵元素要以Fe2+和Fe3+的形式除去,但是由表格數(shù)據(jù)可知除去亞鐵離子的同時錳離子也會被除去,即造成的影響是Fe2+完全沉淀時Mn2+也完全沉淀,造成Mn2+損失。(3)“中和除雜”的目的是使鋁離子、鐵離子完全沉淀且錳離子不沉淀,則由表格數(shù)據(jù)可知應控制溶液的pH范圍是5.4≤pH<7.3。(4)已知:Ksp(MgF2)=6.4×10-10,若使溶液中的Mg2+沉淀完全,需維持1234566.(2023·四川綿陽二診節(jié)選)錳酸鋰(LiMn2O4)是一種鋰電池的正極材料。工業(yè)上以方錳礦(主要成分為MnO,還含有少量的Fe3O4、Al2O3、CaO、SiO2)為原料制備錳酸鋰的流程如下:123456已知:Ⅰ.25℃時,相關物質(zhì)的Ksp近似值如表所示:物質(zhì)Mn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Ca(OH)2Ksp2×10-135×10-173×10-391×10-335×10-6Ⅱ.25℃時,NH3·H2O電離常數(shù)Kb=2×10-5。Ⅲ.離子濃度不高于1×10-5mol·L-1時即視為沉淀完全?；卮鹣铝袉栴}:(1)寫出步驟①溶于稀硫酸時雜質(zhì)Fe3O4反應的離子方程式:

。

(2)“濾渣1”的成分是

(填化學式);步驟②加入MnO2的目的是

。

Fe3O4+8H+══2Fe3++Fe2++4H2OSiO2、CaSO4

將Fe2+氧化為Fe3+123456(3)反應Al3+(aq)+3NH3·H2O(aq)Al(OH)