专题15 工艺流程题-2020年高考化学真题与模拟题分类训练(教师版含解析)
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1、专题 15 工艺流程题 1(2020 年山东新高考)以菱镁矿(主要成分为 MgCO3,含少量 SiO2,Fe2O3和 A12O3)为原料制备高纯镁砂 的工艺流程如下: 已知浸出时产生的废渣中有 SO2,Fe(OH)3和 Al(OH)3。下列说法错误的是 A浸出镁的反应为 4232 MgO+2NH Cl=MgCl +2NH+H O B浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行 C流程中可循环使用的物质有 NH3、NH4Cl D分离 Mg2+与 Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物 Ksp的不同 【答案】B 【解析】 菱镁矿煅烧后得到轻烧粉, MgCO3转化为MgO, 加入氯化铵溶液浸取, 浸出的废渣
2、有SiO2、 Fe(OH)3、 Al(OH)3,同时产生氨气,则此时浸出液中主要含有 Mg2+,加入氨水得到 Mg(OH)2沉淀,煅烧得到高纯镁 砂。 A高温煅烧后 Mg 元素主要以 MgO 的形式存在,MgO 可以与铵根水解产生的氢离子反应,促进铵根的水 解,所以得到氯化镁、氨气和水,化学方程式为 MgO+2NH4Cl=MgCl2+2NH3+H2O,故 A 正确; B一水合氨受热易分解,沉镁时在较高温度下进行会造成一水合氨大量分解,挥发出氨气,降低利用率, 故 B 错误; C浸出过程产生的氨气可以回收制备氨水,沉镁时氯化镁与氨水反应生成的氯化铵又可以利用到浸出过程 中,故 C 正确; DFe
3、(OH)3、Al(OH)3的 Ksp远小于 Mg(OH)2的 Ksp,所以当 pH 达到一定值时 Fe3+、Al3+产生沉淀,而 Mg2+ 不沉淀,从而将其分离,故 D 正确; 故答案为 B。 2(2020 年新课标)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5 价的化合物存在,还包括钾、镁的铝 硅酸盐,以及 SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备 NH4VO3。 2020 年高考真题年高考真题 该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示: 金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Mn2+ 开始沉淀 pH 1.9 7.0 3.0 8.1 完全沉淀 p
4、H 3.2 9.0 4.7 10.1 回答下列问题: (1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是_。 (2)“酸浸氧化”中,VO+和 VO2+被氧化成 2 VO,同时还有_离子被氧化。写出 VO+转化为 2 VO反 应的离子方程式_。 (3)“中和沉淀”中, 钒水解并沉淀为 252 V OxH O, 随滤液可除去金属离子 K+、 Mg2+、 Na+、 _, 以及部分的_。 (4)“沉淀转溶”中, 252 V OxH O转化为钒酸盐溶解。滤渣的主要成分是_。 (5)“调 pH”中有沉淀生产,生成沉淀反应的化学方程式是_。 (6)“沉钒”中析出 NH4VO3晶体时,需要加入过量 NH4Cl,其原因是_。
5、 【答案】(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全) (2)Fe2+ VO+MnO2+2H+= + 2 VO+Mn2+H2O (3)Mn2+ Fe3+、Al3+ (4)Fe(OH)3 (5)NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3或 NaAl(OH)4+HCl= NaCl+Al(OH)3+H2O (6)利用同离子效应,促进 NH4VO3尽可能析出完全 【解析】黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5 价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及 SiO2、Fe3O4, 用30%H2SO4和MnO2“酸浸氧化”时VO+和VO2+被氧化成 + 2 VO, Fe3O4与硫酸反应生成的Fe2+
6、被氧化成Fe3+, SiO2此过程中不反应,滤液中含有 + 2 VO、K+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、 2- 4 SO;滤液中加入 NaOH 调 节 pH=3.03.1,钒水解并沉淀为 V2O5 xH2O,根据表中提供的溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH, 此过程中 Fe3+部分转化为 Fe(OH)3沉淀, 部分 Al3+转化为 Al(OH)3沉淀, 滤液中含有 K+、 Na+、 Mg2+、 Al3+、 Fe3+、 Mn2+、 2- 4 SO, 滤饼中含 V2O5 xH2O、 Fe(OH)3、 Al(OH)3, 滤饼中加入 NaOH 使 pH13, V2O5 xH2O 转化
7、为钒酸盐溶解,Al(OH)3转化为 NaAlO2,则滤渣的主要成分为 Fe(OH)3;滤液中含钒酸盐、偏铝酸 钠, 加入HCl调pH=8.5, NaAlO2转化为Al(OH)3沉淀而除去; 最后向滤液中加入NH4Cl“沉钒”得到NH4VO3 。 (1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是:升高温度,加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全); (2)“酸浸氧化”中,钒矿粉中的 Fe3O4与硫酸反应生成 FeSO4、Fe2(SO4)3和水,MnO2具有氧化性,Fe2+具有 还原性,则 VO+和 VO2+被氧化成 + 2 VO的同时还有 Fe2+被氧化,反应的离子方程式为 MnO2+2Fe2+4H+=Mn2
8、+2Fe3+2H2O;VO+转化为 + 2 VO时,钒元素的化合价由+3 价升至+5 价,1molVO+失 去 2mol 电子,MnO2被还原为 Mn2+,Mn 元素的化合价由+4 价降至+2 价,1molMnO2得到 2mol 电子,根 据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒,VO+转化为 + 2 VO反应的离子方程式为 VO+MnO2+2H+= + 2 VO +Mn2+H2O; (3)根据分析, “中和沉淀”中, 钒水解并沉淀为 V2O5 xH2O, 随滤液可除去金属离子 K+、 Mg2+、 Na+、 Mn2+, 以及部分的 Fe3+、Al3+; (4)根据分析,滤渣的主要成分是 Fe(OH)
9、3; (5)“调 pH”中有沉淀生成,是 NaAlO2与 HCl 反应生成 Al(OH)3沉淀,生成沉淀反应的化学方程式是 NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3或 NaAl(OH)4+HCl= NaCl+Al(OH)3+H2O。 (6)“沉钒”中析出 NH4VO3晶体时, 需要加入过量 NH4Cl, 其原因是: 增大 NH4+离子浓度, 利用同离子效应, 促进 NH4VO3尽可能析出完全。 3(2020 年新课标)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属 Ni、Al、Fe 及其氧化物,还有少量其他 不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4 7H2O)
10、: 溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示: 金属离子 Ni2+ Al3+ Fe3+ Fe2+ 开始沉淀时(c=0.01 mol L1)的 pH 7.2 3.7 2.2 7.5 沉淀完全时(c=1.0 105 mol L1)的 pH 8.7 4.7 3.2 9.0 回答下列问题: (1)“碱浸”中 NaOH 的两个作用分别是_。为回收金属,用稀硫酸将“滤液”调为中性,生成 沉淀。写出该反应的离子方程式_。 (2)“滤液”中含有的金属离子是_。 (3)“转化”中可替代 H2O2的物质是_。若工艺流程改为先“调 pH”后“转化”,即 “滤液”中可能含有的杂质离子为_。 (4)利用上述
11、表格数据,计算 Ni(OH)2的 Ksp=_(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中 Ni2+浓度 为 1.0 mol L1,则“调 pH”应控制的 pH 范围是_。 (5)硫酸镍在强碱溶液中用 NaClO 氧化, 可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的 NiOOH。 写出该反应的离子方 程式_。 (6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用,其意义是_。 【答案】(1)除去油脂、溶解铝及其氧化物 - 2 Al O+H+H2O=Al(OH)3或 - 4 Al OH+H+=Al(OH)3+H2O (2)Ni2+、Fe2+、Fe3+ (3)O2或空气 Fe3+ (4) 22 7.2-14-58.7-14
12、 0.01101010或 3.26.2 (5)2Ni2+ClO+4OH=2NiOOH+Cl+H2O (6)提高镍回收率 【解析】由工艺流程分析可得,向废镍催化剂中加入 NaOH 溶液进行碱浸,可除去油脂,并发生反应 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2、2Al2O3+4NaOH=4NaAlO2+2H2O 将 Al 及其氧化物溶解,得到的滤液 含有 NaAlO2, 滤饼为 Ni、 Fe 及其氧化物和少量其他不溶性杂质, 加稀 H2SO4酸浸后得到含有 Ni2+、 Fe2+、 Fe3+的滤液,Fe2+经 H2O2氧化为 Fe3+后,加入 NaOH 调节 pH 使 Fe3+转化为 F
13、e(OH)3沉淀除去, 再控制 pH 浓缩结晶得到硫酸镍的晶体,据此分析解答问题。 (1)根据分析可知,向废镍催化剂中加入 NaOH 溶液进行碱浸,可除去油脂,并将 Al 及其氧化物溶解,滤液 中含有 NaAlO2(或 NaAl(OH)4),加入稀硫酸可发生反应 - 2 AlO+H+H2O=Al(OH)3或 - 4 Al OH +H+=Al(OH)3+H2O,故答案为:除去油脂、溶解铝及其氧化物; - 2 AlO+H+H2O=Al(OH)3或 - 4 Al OH +H+=Al(OH)3+H2O; (2)加入稀硫酸酸浸,Ni、Fe 及其氧化物溶解,所以“滤液”中含有的金属离子是 Ni2+、Fe2
14、+、Fe3+,故答案 为:Ni2+、Fe2+、Fe3+; (3)“转化”在 H2O2的作用是将 Fe2+氧化为 Fe3+, 可用 O2或空气替代; 若将工艺流程改为先“调 pH”后“转化”, 会使调 pH 过滤后的溶液中含有 Fe2+,则滤液中可能含有转化生成的 Fe3+,故答案为:O2或空气;Fe3+ ; (4)由上述表格可知,Ni2+完全沉淀时的 pH=8.7,此时 c(Ni2+)=1.0 10-5mol L-1,c(H+)=1.0 10-8.7mol L-1,则 c(OH-)= -14 8.7-14 w -8.7+ 10 =10 1.0 10H K c ,则 Ni(OH)2的 2 2+2
15、-58.7-14 sp= NiOH=1010Kcc;或者当 Ni2+开始 沉淀时 pH=7.2,此时 c(Ni2+)=0.01mol L-1,c(H+)=1.0 10-7.2mol L-1,则 c(OH-)= -14 7.2-14 w -7.2+ 10 =10 1.0 10H K c , 则 Ni(OH)2的 2 2+2-7.2-14 sp= NiOH=0.0110Kcc;如果“转化”后的溶液中 Ni2+浓度为 1.0mol L-1,为避 免镍离子沉淀, 此时 2 7.2-14 sp-7.8-1 2+ 0.0110 OH=10mol L 1.0Ni K c c , 则 - 1 4 +- 6 .
16、 2 w - 7 . 8- 10 H=10 10OH K c c , 即 pH=6.2;Fe3+完全沉淀的 pH 为 3.2,因此“调节 pH”应控制的 pH 范围是 3.26.2,故答案为: 22 7.2-14-58.7-14 0.01101010或;3.26.2; (5)由题干信息,硫酸镍在强碱中被 NaClO 氧化得到 NiOOH 沉淀,即反应中 Ni2+被氧化为 NiOOH 沉淀, ClO被还原为 Cl, 则根据氧化还原得失电子守恒可得离子方程式为 2Ni2+ClO+4OH=2NiOOH+Cl+H2O, 故答案为:2Ni2+ClO+4OH=2NiOOH+Cl+H2O; (6)分离出硫酸
17、镍晶体后的母液中还含有 Ni2+,可将其收集、循环使用,从而提高镍的回收率,故答案为: 提高镍的回收率。 4(2020 年山东新高考)用软锰矿(主要成分为 MnO2,含少量 Fe3O4、Al2O3)和 BaS 制备高纯 MnCO3的工艺 流程如下: 已知:MnO2是一种两性氧化物;25时相关物质的 Ksp见下表。 物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mn(OH)2 Ksp 16.3 1 10 38.6 1 10 32.3 1 10 12.7 1 10 回答下列问题 (1)软锰矿预先粉碎的目的是_,MnO2与 BaS 溶液反应转化为 MnO 的化学方程式为_。 (2)保持 Ba
18、S 投料量不变,随 MnO2与 BaS 投料比增大,S 的量达到最大值后无明显变化,而 Ba(OH)2的量 达到最大值后会减小,减小的原因是_。 (3)滤液 I 可循环使用,应当将其导入到_操作中(填操作单元的名称)。 (4)净化时需先加入的试剂 X 为_(填化学式)。再使用氨水调溶液的 pH,则 pH 的理论最小值为 _(当溶液中某离子浓度 51 1.0 10 mol Lc 时,可认为该离子沉淀完全)。 (5)碳化过程中发生反应的离子方程式为_。 【答案】(1)增大接触面积,充分反应,提高反应速率 222 MnOBaSH OBa ( OH )MnOS (2)过量的 MnO2消耗了产生的 Ba
19、(OH)2 (3)蒸发 (4)H2O2 4.9 (5) 2 332342 MnHCONHH OMnCONHH O 【解析】软锰矿粉(主要成分为 MnO2,含少量 Fe3O4、Al2O3)加入硫化钡溶液进行反应,主要发生 MnO2+BaS+H2O=Ba(OH)2+MnO+S,过滤得到 Ba(OH)2溶液,经蒸发结晶、过滤、干燥得到氢氧化钡;滤渣 用硫酸溶解, 得到的滤液中主要金属阳离子有 Mn2+、 Fe2+、Fe3+、 Al3+, 得到的滤渣为不溶于稀硫酸的硫磺; 之后向滤液中加入合适的氧化剂将 Fe2+转化为 Fe3+, 然后加入氨水调节 pH, 使 Fe3+、 Al3+转化为沉淀除去, 压
20、滤得到的废渣为 Fe(OH)3和 Al(OH)3, 此时滤液中的金属阳离子只有 Mn2+, 向滤液中加入碳酸氢铵、 氨水, Mn2+和碳酸氢根电离出的碳酸根结合生成碳酸锰沉淀,过滤、洗涤、干燥得到高纯碳酸锰。 (1)软锰矿预先粉碎可以增大反应物的接触面积,使反应更充分,提高反应速率;MnO2与 BaS 反应转化为 MnO,Mn 元素的化合价由+4 价降低为+2 价,根据元素价态规律可知-2 价的 S 元素应被氧化得到 S 单质, 则 MnO2与 BaS 的系数比应为 1:1, 根据后续流程可知产物还有 Ba(OH)2, 结合元素守恒可得化学方程式为: MnO2+BaS+H2O=Ba(OH)2+
21、MnO+S; (2)根据题目信息可知MnO2为两性氧化物, 所以当MnO2过量时, 会消耗反应产生的Ba(OH)2, 从而使Ba(OH)2 的量达到最大值或会减小; (3)滤液 I 为结晶后剩余的 Ba(OH)2饱和溶液,所以可以导入到蒸发操作中循环使用; (4)净化时更好的除去 Fe 元素需要将 Fe2+氧化为 Fe3+,为了不引入新的杂质,且不将 Mn 元素氧化,加入的 试剂 X 可以是 H2O2;根据表格数据可知,Fe(OH)3和 Al(OH)3为同种沉淀,而 Al(OH)3的 Ksp稍大,所以当 Al3+完全沉淀时,Fe3+也一定完全沉淀,当 c(Al3+)=1.0 10-5mol/L
22、 时,c(OH)= 3 3 -32.3 3-1 -5 3 sp + Al OH 1 10 =mol L 1 10Alc K =10-9.1mol/L,所以 c(H+)=10-4.9mol/L,pH=4.9,即 pH 的理论最小值 为 4.9; (5)碳化过程 Mn2+和碳酸氢根电离出的碳酸根结合生成碳酸锰沉淀,促进碳酸氢根的电离,产生的氢离子和 一水合氨反应生成铵根和水,所以离子方程式为 Mn2+HCO - 3+NH3 H2O=MnCO3+NH4 +H2O。 5(2020 届河南省郑州市高三第二次质检)银系列产品广泛地应用于化工、电子电锁、材料和工业催化等领 域,对含银废料中贵金属银的综合回收
23、具有重要的研究意义。一种对银粉和 AgNO3 生产过程中产生的含 银废料进行综合回收的工艺流程如图: 回答下列问题: (1)“溶解”反应的化学方程式为 _。稀硝酸能否用浓硫酸代替_(填“能”或“不能”),原因是 _。 (2)“过滤 3”操作中用到的玻璃仪器是_。 (3)“络合”步骤中需要加氨水调 pH7.7,生成的络合物为_。 (4)N2H4H2O 称水合肼,具有强还原性和碱性。水合肼与硫酸反应生成正盐的化学式为_。 (5)“还原”步骤中产生的气体可参与大气循环,该气体分子的电子式为_。 2020 届高考模拟试题届高考模拟试题 (6)“母液 2”中溶质的化学式为_。 (7)粗银经过烘干、焙烧、
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