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備戰(zhàn)2022年高考化學-工藝流程專項復(fù)習系列專題2-原理的預(yù)處理預(yù)處理的目的是使原料中待提取元素的狀態(tài),由難浸出的化合物或單質(zhì)轉(zhuǎn)變成易浸出的化合物一.對原料進行預(yù)處理時常用方法及其作用1.研磨、粉碎、霧化:將塊狀或粒狀的物質(zhì)磨成粉末或?qū)⒁后w分散成微小液滴,增大反應(yīng)物間接觸面積(作用),以加快后續(xù)操作反應(yīng)速率(作用),進而增大原料的轉(zhuǎn)化率或浸取率(目的)?!玖曨}】鈷酸鋰(LiCoO2)電池是一種應(yīng)用廣泛的新型電源,電池中含有少量的鋁、鐵、碳等單質(zhì)。實驗室嘗試對廢舊鈷酸鋰電池回收再利用。實驗過程如下:廢舊電池初步處理為粉末狀的目的是_______________________________________。【答案】增大接觸面積,加快反應(yīng)速率,提高浸出率【解析】廢舊電池初步處理為粉末狀的目的是:增大接觸面積,加快反應(yīng)速率,提高浸出率?!玖曨}】連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)是印染工業(yè)的一種常用原料,連二亞硫酸鈉又稱保險粉,可溶于水,但不溶于甲醇,其固體受熱、遇水都會發(fā)生反應(yīng)放出大量的熱,甚至引起燃燒,工業(yè)制備流程如下:向液鋅中鼓入M氣體,使液態(tài)鋅霧化,目的是____________________________。【答案】增大鋅反應(yīng)的表面積,加快化學反應(yīng)速率【解析】向液鋅中鼓入M氣體,使液態(tài)鋅霧化,目的是減小鋅的顆粒,使單質(zhì)鋅的表面積增大,以增大其與反應(yīng)物的接觸面積,加快反應(yīng)速率?!玖曨}】粉煤灰是燃煤電廠的廢渣,主要成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3和C等。實驗室模擬工業(yè)從粉煤灰提取活性Al2O3,其流程如圖:已知燒結(jié)過程的產(chǎn)物主要是:NaAlO2、Ca2SiO4、NaFeO2和Na2SiO3等。操作a為冷卻、研磨,其中研磨的目的是__________________________?!敬鸢浮刻岣邿Y(jié)產(chǎn)物浸出率【解析】操作a為冷卻、研磨,其中研磨的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積,提高燒結(jié)產(chǎn)物浸出率。2.焙燒:反應(yīng)物與空氣、氯氣等氧化性氣體或其他添加進去的物質(zhì)(如硫酸)發(fā)生化學反應(yīng)(所以焙燒分為氧化焙燒、硫酸化焙燒和氯化焙燒等)。以氣固反應(yīng)為主,為避免物質(zhì)融化反應(yīng)溫度一般低于熔點,在500~1500℃之間。使用專門的化工裝置如沸騰爐、焙燒爐等。原料在空氣中灼燒,焙燒的目的主要有兩點:一為非金屬元素被氧化為高價氣態(tài)氧化物逸出或氧化成高價態(tài)化合物;二為金屬元素被氧化為高價態(tài)氧化物或高價態(tài)化合物。高考題在預(yù)處理階段的設(shè)問角度往往從粉碎與化學反應(yīng)速率的關(guān)系、焙燒中的化學反應(yīng)等入手。工業(yè)上可以通過增加氧氣的量、固體充分粉碎、逆流焙燒、適當升溫等來提高焙燒效率?!?021山東高考17】工業(yè)上以鉻鐵礦(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等雜質(zhì))為主要原料制備紅礬鈉(Na2Cr2O7?2H2O)的工藝流程如圖?;卮鹣铝袉栴}:焙燒的目的是將FeCr2O4轉(zhuǎn)化為Na2Cr2O4并將Al、Si氧化物轉(zhuǎn)化為可溶性鈉鹽,焙燒時氣體與礦料逆流而行,目的是______________________________________________________?!敬鸢浮吭龃蠓磻?yīng)物接觸面積,提高化學反應(yīng)速率,提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率。【習題】氯化銨焙燒菱錳礦制備高純度碳酸錳的工藝流程如下:已知:①菱錳礦石主要成分是,還含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素;回答下列問題:(1)“焙燒”時發(fā)生的主要化學反應(yīng)方程式為_____________________。(2)分析下列圖1、圖2、圖3,氯化銨焙燒菱鎂礦的最佳條件是:焙燒溫度_________,氯化銨與菱鎂礦粉的質(zhì)量之比為__________,焙燒時間為___________.【答案】(1)MnCO3+2NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O(2)500℃1.1060min【解析】(1)“焙燒”時發(fā)生的主要化學反應(yīng)方程式為:MnCO3+2NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O;(2)根據(jù)圖示錳浸出率比較高,焙燒菱鎂礦的最佳條件是:焙燒溫度500℃;氯化銨與菱鎂礦粉的質(zhì)量比為1.10;焙燒時間為60min?!玖曨}】以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3、少量FeS2和金屬硫酸鹽)為原料,生產(chǎn)氧化鋁并獲得Fe3O4的部分工藝流程如圖所示。(1)焙燒過程均會產(chǎn)生SO2,用NaOH溶液吸收過量SO2的離子方程式為_____________________。(2)添加1%和不添加的礦粉焙燒,其硫去除率隨溫度變化曲線如圖所示。已知:多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度都高于;。①不添加CaO的礦粉在低于500℃焙燒時,去除的硫元素主要來源于____________(填化學式)。②700℃焙燒時,添加1%CaO的礦粉硫去除率比不添加CaO的礦粉硫去除率低,其主要原因是_________________________?!敬鸢浮浚?)(2)FeS2(3)硫元素轉(zhuǎn)化為CaSO4而留在礦粉中【解析】(1)二氧化硫是酸性氧化物,少量二氧化硫與NaOH溶液反應(yīng)可生成Na2SO3,過量二氧化硫與NaOH溶液反應(yīng)可生成NaHSO3,離子方程式為。(2)①高硫鋁土礦的成分中含F(xiàn)eS2和金屬硫酸鹽,而已知多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度都高于,如果不添加CaO的礦粉在低于500℃焙燒,則去除的硫元素主要來源為FeS2,具體的反應(yīng)原理為。②添加的CaO吸收生成,易被空氣中的氧氣氧化為,根據(jù)“多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度都高于”,可知時可能未分解或未完全分解而留在礦粉中,從而導(dǎo)致添加1%的礦粉硫去除率比不添加的礦粉硫去除率低,故答案為硫元素轉(zhuǎn)化為而留在礦粉中。3.煅燒:反應(yīng)物受熱分解或發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變,為避免融化溫度低于熔點,但大多高于1200℃。如煅燒石灰石、生產(chǎn)玻璃、打鐵等,使用的化工設(shè)備如回轉(zhuǎn)窯?!玖曨}】以白云石(主要成分為CaCO3和MgCO3)為原料制備氧化鎂和輕質(zhì)碳酸鈣的一種工藝流程如下:(1)白云石高溫煅燒所得固體產(chǎn)物的主要成分為_________________________(填化學式)。(2)煅燒所得固體的活性與其中CaO含量及固體疏松程度有關(guān)。其他條件相同時,將不同溫度下的煅燒所得固體樣品加入酸化的酚酞溶液中,引起溶液變色所需時間不同,由此可知煅燒所得固體的活性差異。溶液變色的時間與各樣品煅燒溫度的關(guān)系如圖所示。當溫度高于950℃時,煅燒所得固體易板結(jié),活性降低;當溫度低于950℃時,活性降低的原因為_________________。將不同溫度下的煅燒所得固體樣品加入水中,也可測量其活性,則此時需測量的數(shù)據(jù)為相同時間后_________與樣品煅燒溫度之間的關(guān)系。【答案】(1)CaO、MgO(2)煅燒溫度較低,CaCO3未完全分解,CaO的含量偏低溫度【解析】(1)高溫煅燒白云石得到CaO和MgO;(2)煅燒溫度較低,CaCO3未完全分解,CaO的含量偏低,所以活性降低;氧化鈣和水反應(yīng)放熱,氧化鈣含量越高與樣品與水反應(yīng)放出的熱量越多,所以也可將不同溫度下的煅燒所得固體樣品加入水中,測量的相同時間后反應(yīng)液的溫度與樣品煅燒溫度之間的關(guān)系,來判斷樣品的活性。4.灼燒:物質(zhì)在高溫條件下發(fā)生脫水、分解、揮發(fā)等化學變化的過程。反應(yīng)溫度在1000℃左右,使用的儀器比較多樣如煤氣燈、電爐等。灼燒海帶、顏色反應(yīng)、焰色試驗、灼燒失重、灼燒殘渣等。【習題】碳、硫的含量影響鋼鐵性能。某興趣小組用如下流程對鋼樣進行探究。(1)鋼樣中硫元素以FeS形式存在,F(xiàn)eS在足量氧氣中灼燒,生成的固體產(chǎn)物中Fe、O兩種元素的質(zhì)量比為21:8,則該固體產(chǎn)物的化學式為_____________。(2)檢驗鋼樣灼燒生成氣體中的CO2,需要的試劑是____________(填字母)。a.酸性KMnO4溶液b.澄清石灰水c.飽和小蘇打溶液d.濃H2SO4【答案】(1)Fe3O4(2)ab【解析】(1)生成的固體產(chǎn)物中Fe、O兩種元素的質(zhì)量比為21:8,則Fe、O兩種元素的物質(zhì)的量之比為:=,則該固體產(chǎn)物的化學式為Fe3O4;(2)鋼樣灼燒生成氣體中含有CO2和SO2,二氧化硫也能夠使澄清石灰水變渾濁,因此需要用酸性KMnO4溶液反應(yīng)除去二氧化硫后再用澄清石灰水檢驗。5.浸取及浸出率:浸取的目的是把固體轉(zhuǎn)化為溶液,以便于后繼的轉(zhuǎn)化或分離。包括水浸取、酸溶、堿溶、醇溶等。浸出率是指固體溶解后,離子在溶液中的含量的多少。提高浸取率的措施:①將礦石研成粉末,提高接觸面積;②攪拌,使反應(yīng)更加充分;③當增大酸的濃度;④加熱;⑤延長浸出時間【習題】氯氧化鉍(BiOC1)常用于電子設(shè)備等領(lǐng)域,BiOCl難溶于水,它是BiCl3的水解產(chǎn)物。以鉍的廢料(主要含鉍的化合物,含少量銅、鉛、鋅的硫酸鹽及Cu2S和Fe2O3等)為原料生產(chǎn)高純度BiOCl的工藝流程如圖:(1)提高“酸浸”反應(yīng)速率的措施有適當增加硫酸的濃度、_____________________(答出一點即可)。(4)“浸鉍”中,鉍的浸出率與溫度關(guān)系如圖所示:在高于40℃左右時“鉍浸出率”開始下降,其主要因素可能是_______________。【答案】(1)適當升高溫度(4)HCl揮發(fā)加快,Bi3+水解程度增大【解析】(1)提高“酸浸”反應(yīng)速率的措施有適當增加硫酸的濃度、適當升高溫度或進行攪拌等;(4)在“浸鉍”中,鉍的浸出率與溫度,根據(jù)圖示可知:在溫度接近40℃時Bi的浸出率最高,此后溫度升高,浸出率反而降低,主要是由于溫度升高,HCl揮發(fā)加快,且溫度升高使Bi3+水解程度也增大,最終導(dǎo)致鉍的浸出率隨溫度的升高而降低。6.酸浸:酸浸是指把預(yù)處理得到的物料與酸(鹽酸或硫酸)溶液進行反應(yīng),使物料中的堿性或兩性氧化物轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的鹽、并用酸抑制該鹽的水解同時除去不溶于該酸的雜質(zhì)(如SiO2或CaSO4等)?!?021湖南卷17】可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨居石中,鈰(Ce)主要以形式存在,還含有、、、等物質(zhì)。以獨居石為原料制備的工藝流程如下:為提高“水浸”效率,可采取的措施有________________________________(至少寫兩條)【答案】適當升高溫度,將獨居石粉碎等【習題】聚硅酸鐵是目前無機高分子絮凝劑研究的熱點,一種用鋼管廠的廢鐵渣(主要成分Fe3O4,含少量碳及二氧化硅)為原料制備的流程如下:(1)廢鐵渣進行“粉碎”的目的是______________________。
(2)“酸浸”需適宜的酸濃度、液固比、酸浸溫度、氧流量等,其中酸浸溫度對鐵浸取率的影響如圖所示。①加熱條件下酸浸時,F(xiàn)e3O4與硫酸反應(yīng)的化學方程式為_________________________。
②酸浸時,通入O2的目的是______________________。
③當酸浸溫度超過100℃時,鐵浸取率反而減小,其原因是________________________。
【答案】(1)增大接觸面積,提高反應(yīng)速率,提高鐵元素浸取率(2)Fe3O4+4H2SO4eq\o(=,\s\up7(△))FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O將FeSO4氧化為Fe2(SO4)3溫度超過100℃,加快Fe3+水解生成Fe(OH)3,導(dǎo)致Fe3+濃度降低【解析】(1)對廢鐵渣進行粉碎的目的是:減小顆粒直徑,增大浸取時的反應(yīng)速率和提高鐵浸取率;(2)①加熱條件下酸浸時,F(xiàn)e3O4與硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和硫酸亞鐵,方程式為:Fe3O4+4H2SO4eq\o(=,\s\up7(△))FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O;②酸浸時有亞鐵離子生成,通入氧氣能將亞鐵離子氧化為鐵離子,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O;③鐵離子在水溶液中存在水解,溫度升高有利于水解反應(yīng)的進行,溫度超過100℃明顯加快了Fe3+水解反應(yīng)的速率,導(dǎo)致Fe3+濃度降低。7.堿浸:洗去動植物油污,除去鋁片氧化膜,溶解鋁、二氧化硅(加堿量不宜過多)【習題】錫酸鈉可用于制造陶瓷電容器的基體、顏料和催化劑。以錫銻渣(主要含Sn、Sb、As、Pb的氧化物)為
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