专题10化学工艺流程(解析版).doc
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1、 1 / 28 专题专题 10 化学工艺流程化学工艺流程 1 (重庆市高 2020 届高三质量调研)天青石(主要含有 SrSO4和少量 CaCO3杂质)是获取锶元素的各种化合 物的主要原料。请回答下列问题: (1)利用焰色反应可以定性鉴别某些金属盐。灼烧 SrSO4时,锶的焰色为_(填标号)。 A洋红色 B浅紫色 C黄绿色 D淡蓝色 (2)硫化锶(SrS)可用作发光涂料的原料, SrSO4和碳的混合粉末在隔绝空气下高温焙烧可生成硫化锶和一种还 原性气体, 该反应的化学方程式_。 (3)已知:25时,K sp(SrSO4)=3.2 10-7,K sp(SrCO3)=1.1 10-10。SrSO4
2、的粉末与 Na2CO3溶液混合加热、充 分搅拌可生成硫酸钠和碳酸锶,若转化完成时恢复到 25,混合液中 c(CO 2- 3 )=1.0 10-3mol/L,则 c(SO 2- 4 )=_。 (4)以天青石生产 Sr(OH)2 xH2O的工艺如下: 已知: Sr(OH)2 、Ca(OH)2在水中的溶解度如下表: 温度/() 0 20 40 60 80 100 溶解度 (g) Sr(OH)2 0.91 1.77 3.95 8.42 20.2 91.2 Ca(OH)2 0.19 0.17 0.14 0.12 0.09 0.08 滤渣 2为混有 CaCO3的 SrCO3,写出反应 1 生成 SrCO3
3、的化学方程式_。 固体 3 加热水浸是为了获得较纯净的 Sr(OH)2溶液,此时应缓慢加热使沉淀颗粒长大,滤渣 5的主要成分 是_(填化学式),趁热过滤的目的是_。 “操作 6”主要有:_、过滤、洗涤、干燥。 取 m g纯净 Sr(OH)2 x H2O产品溶于水,加入过量 Na2CO3溶液后过滤、洗涤、干燥后,得到 n g 滤渣,则 x=_(用含 m、n的式子表示)。 2 / 28 【答案】A SrSO4+ 4C 高温 SrS+4CO 2.9mol/L SrSO4 + 2NH4HCO3 = SrCO3+ H2O + CO2+ (NH4)2SO4 Ca(OH)2 防止 Sr(OH)2结晶析出造成
4、损失,提高产品纯度 降温结晶 74m-61n 9n 【解析】 (1)利用焰色反应可以定性鉴别某些金属盐,锶的焰色反应为洋红色; (2)SrSO4和碳的混合粉末在隔绝空气下高温焙烧可生成硫化锶和一种还原性气体, 该反应的化学方程式为: SrSO4+ 4C 高温 SrS+4CO; (3)由题意可知: 2 3 2 4 (CO ) (SO ) c c = sp3 sp4 SrCO SrSO K K ,当混合物中 c(CO32-)=1.0 10-3mol/L, c(SO42-)= 3 10 7 1.0 10 mol/L 1.1 10 3.2 10 =2.9mol/L; (4)工业流程中反应 1为用 NH
5、4HCO3使 SrSO4反应生成 SrCO3,过滤后,滤渣 2 为混有 CaCO3的 SrCO3,煅 烧后加热水浸,可以利用高温时 Sr(OH)2和 Ca(OH)2溶解度的不同将二者分离; 反应 1的化学方程式为:SrSO4+2NH4HCO3=SrCO3+H2O+CO2+ (NH4)2SO4; 固体 3加热水浸是为了获得较纯净的 Sr(OH)2溶液,由于 Sr(OH)2溶解度随温度升高显著增大,趁热过 滤的目的是防止 Sr(OH)2结晶析出造成损失,提高产品纯度,而 Ca(OH)2溶解度很小,受温度影响不明显, 则滤渣 5的主要成分是 Ca(OH)2; 操作 6为了得到2 2 r OHOSxH
6、晶体,故应进行的操作是降温结晶、过滤、洗涤、干燥; 由题意可知,滤渣为 SrCO3,根据元素守恒,与2 2 r OHOSxH的物质的量相同,可得: m 88+34+18x = 88+60 n ,解得 x= 74m-61n 9n 。 2(安徽省宣城市 2020 届高三二模)硫酸镍广泛应用于电镀、电池、催化剂等工业。某科研小组以粗硫 酸镍(含 2+3+2+2+2+ CuFeCaMgZn、等)为原料,经如图一系列除杂过程模拟精制硫酸镍工艺。回答下 列问题。 3 / 28 (1)滤渣 1 的主要成分是_(写化学式),写出硫化除铜过程生成含铜物质反应的离子方程式 _。 (2)氧化除杂时加入 2 Cl和
7、2 Ni(OH)的主要作用是_。 (3)已知 25 C时, -11 2sp KCaF =3.95 10; -9 sp2 KMgF =6.40 10。则氟化除杂过后滤液 3中 2+ 2+ c Ca = c Mg _。 (4)萃取时使用萃取剂R在硫酸盐中对某些金属离子的萃取率与溶液pH的关系如图。则实验时需控制的 pH适宜范围是_(填字母序号)。 A12 B34 C45 D56 (5)将萃取后所得富含硫酸镍的溶液经操作 A 可得硫酸镍晶体,则操作 A为_、_、过滤、洗涤等。 (6)称取2.000g硫酸镍晶体( 42 NiSO6H O)样品溶解,定容至250mL。取25.00mL试液,用 -1 0.
8、0200mol L 的 22 EDTA Na H Y标准溶液滴定至终点。重复实验,平均消耗EDTA标准溶液体积为 36.50mL。反应为 2+2-2-+ 2 Ni +H Y =NiY +2H。计算样品纯度为_。(不考虑杂质反应) 【答案】CuS 和 S H2S+ Cu2+=CuS+2H+ 2 Cl的作用是将滤液中 Fe2+氧化为 Fe3+, 2 Ni(OH)的作用 是调节溶液 pH 值,使 Fe 3+转化为氢氧化铁沉淀除去 6.17 10-3 B 蒸发浓缩 降温结晶 96.0% 4 / 28 【解析】 粗硫酸镍(含 2+3+2+2+2+ CuFeCaMgZn、等)加水和硫酸进行酸浸溶解, 得到
9、含有 Ni2+、 Cu2+、 Fe3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、SO42-等离子的浸出液,向浸出液中通入 H2S 气体,Cu2+转化为 CuS沉淀除去,同 时 Fe3+可与 S2-发生氧化还原反应生成 Fe2+和 S 单质,过滤后得到滤液 1 和滤渣 1,滤渣 1为 CuS和 S,滤液 1 中含有 Ni2+、Fe2+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、SO42-,向滤液 1 中加入 Ni(OH)2和 Cl2,Cl2将滤液中 Fe2+氧化为 Fe3+,用 Ni(OH)2调节溶液 pH 值,使 Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去,再进行过滤得到滤液 2,向其中加入 NiF2,使滤液 2中的 Ca2+
10、、Mg2+转化为 CaF2、MgF2沉淀除去,再次进行过滤得到滤液 3,向滤液 3中加入 有机萃取剂,使滤液 3中的 Zn2+转移至有机相中分液除去,最后对水溶液进行蒸发浓缩、降温结晶、过滤、 洗涤等操作得到产品硫酸镍晶体,据此分析解答。 (1)根据分析,滤渣 1的主要成分是 CuS 和 S,硫化除铜过程中,向浸出液中通入 H2S 气体,Cu2+转化为 CuS 沉淀除去,离子方程式 H2S+ Cu2+=CuS+2H+; (2)根据分析,氧化除杂时加入 Cl2将滤液中 Fe2+氧化为 Fe3+,用 Ni(OH)2调节溶液 pH 值,使滤液 1中的 Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去; (3)已知 2
11、5 C时, -11 2sp KCaF =3.95 10; -9 sp2 KMgF =6.40 10。则氟化除杂过后滤液 3中 s 2+2+2- -11 2 -9 2+2+2- sp p 2 c Cac CacKCaF 3.95 10 = KMgF6.40 10c Mgc Mg F cF =6.17 10-3; (4)在该工艺流程中,萃取操作的目的是使滤液 3中的 Zn2+转移至有机相中分液除去,流程的最终目的是 制得硫酸镍,结合金属离子的萃取率与溶液pH的关系如图所示,当控制实验时的pH为 34 左右可以使滤 液中的 Cu2+、Ca2+、Zn2+等离子的萃取除杂率最好,故答案选 B; (5)根
12、据分析, 将萃取后所得富含硫酸镍的溶液经操作 A 可得硫酸镍晶体,则操作 A为蒸发浓缩、 降温结晶、 过滤、洗涤等操作得到产品硫酸镍晶体; (6)根据题意,取25.00mL试液,消耗 EDTA 标准液的物质的量=0.02mol/L 0.0365L=7.3 10 -4mol,根据反应 2+2-2-+ 2 Ni +H Y =NiY +2H,25mL试液中 n(Ni2+)=n(EDTA)= 7.3 10-4mol,则 250mL试液中硫酸镍晶体的质 量= 250 25 7.3 10-4mol 263=1.9199g,则样品纯度为= 1.9199g 2.000g 100%96%。 3(安徽省芜湖市示范
13、高中 2020 届高三 5 月联考氧化铬(Cr2O3)的性质独特,在冶金、颜料等领域有着 不可替代的地位。一种利用淀粉水热还原铬酸钠制备氧化铬的工艺流程如图: 5 / 28 已知:向含少量 Na2CO3的铬酸钠碱性溶液中通入 CO2可制得不同碳化率的铬酸钠碳化母液。 还原反应剧烈放热,可制得 Cr(OH)3浆料。 (1)该工艺中还原反应最初使用的是蔗糖或甲醛,后来改用价格低廉的淀粉。请写出甲醛(HCHO)与 铬酸钠(Na2CrO4)溶液反应的离子方程式_。 (2) 将混合均匀的料液加入反应釜, 密闭搅拌, 恒温发生还原反应, 下列有关说法错误的是_ (填标号) 。 A该反应一定无需加热即可进行
14、 B必要时可使用冷却水进行温度控制 C铬酸钠可适当过量,使淀粉充分反应 D应建造废水回收池,回收含铬废水 (3)测得反应完成后在不同恒温温度、不同碳化率下 Cr()还原率如图。实际生产过程中 Cr()还原率可 高达 99.5%以上,还原阶段采用的最佳反应条件为_、_。 (4)滤液中所含溶质为_。该水热法制备氧化铬工艺的优点有_、_(写出两条即可)。 (5)由水热法制备的氢氧化铬为无定型氢氧化铬2Cr(OH)3H2O。将洗涤并干燥后的氢氧化铬滤饼充分煅 烧,失去质量与固体残留质量比为_。 【答案】4CrO42-+3HCHO+4H2O=4Cr(OH)3+2OH-+3CO32- AC 碳化率 40%
15、 恒温 240 Na2CO3 原料价格低廉、设备要求低 污染小、原料可循环利用、转化率高等 9:19 6 / 28 【解析】在碱性条件下,利用铬酸钠碳化母液与淀粉发生氧化还原反应生成 Cr(OH)3沉淀、碳酸钠或碳酸氢 钠(取决于起始反应溶液的碱性),然后过滤、洗涤,通过煅烧 Cr(OH)3然后经过一系列操作得到产品,以此 解答。 (1)HCHO中碳元素化合价为 0 价,该反应在碱性环境下进行,最终生成为有碳酸钠、Cr(OH)3等,根据 化合价升降守恒、电荷守恒以及原子守恒可知其反应的离子方程式为: 4CrO42-+3HCHO+4H2O=4Cr(OH)3+2OH-+3CO32-; (2)A根据
16、题目信息可知,还原过程需加热,引发反应,A正确; B因该反应放热剧烈,若温度过高,Cr(OH)3可能会发生分解,会影响最终产品质量,因此可在必要时可 使用冷却水进行温度控制,B 错误; C过量铬酸钠会导致滤液回收处理时铬酸钠碳化母液的碳化率发生改变,为保证原料的充分利用,应使淀 粉适当过量,使铬酸钠充分反应,C正确; D铬为重金属元素,直接排放至环境中会污染水资源,因此应建造废水回收池,回收含铬废水,D错误; 综上可知,答案为 AC; (3)由图可知,在碳化率为 40%时,还原率较高,在温度为 240时,还原率达到接近 100%,再升高温度 对于还原率的影响不大,故最佳反应条件为:碳化率 40
17、%、恒温 240; (4)由上述分析可知,滤液中所含溶质为:Na2CO3(或 NaHCO3或 Na2CO3、NaHCO3);水热法制备工艺的 优点有:工艺清洁、原料价格低廉、设备要求低、副产物碳酸盐可用于铬酸钠碳化母液的制备、无废气废 渣排放、废水可回收利用、流程短等; (5)加热过程中相关物质的转化关系为:2Cr(OH)3H2OCr2O35H2O,失去的质量为水,固体剩余的质量 为氧化铬,即 152 /18 /5g molg mol 剩余的质量失去的质量 ,剩余的质量:失去的质量为 19:9。 4(安徽省皖江名校联盟 2020 届高三第六次联考)重铬酸钾(K2Cr2O7)在皮革、火柴印染化学
18、、电镀等方 面应用广泛。工业上对制革工业污泥中(主要含有 Cr3+、Fe3+、Fe2+、Al3+等)Cr 元素的回收与再利用工艺如 图: 已知:Al(OH)3与 Cr(OH)3性质相似。 2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O。 7 / 28 有关物质的溶解度曲线如图。 回答下列问题: (1)含铬污泥预处理包括高温煅烧粉碎等步骤,其中高温煅烧的目的是_(写一条即可),滤渣 III 的成分是 _(填化学式)。 (2)步骤中操作需要的玻璃仪器有_,步骤加入 H2O2的作用是_。 (3)步骤反应能够发生的原因是_,写出步骤的反应离子方程式:_。 (4)为测定产品中 K2Cr2O7的含量,某兴趣
19、小组将 mg 产品溶于水配制为 500mL 溶液,准确量取 50.00mL, 加入稀硫酸酸化,然后加入过量的 KI 充分还原,加_作指示剂,到达终点消耗 30.00mL0.0500mol L-1的 Na2S2O3溶液。则该次生产的样品中 K2Cr2O7含量为_%。(已知:Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3+3I2+7H2O, 2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI) 【答案】除去蛋白质等有机物(改变污泥构造,便于酸浸等合理即可) Al(OH)3 烧杯、玻璃棒、漏斗 将 Fe2氧化成 Fe3 K2Cr2O7的溶解度小 3Cl22CrO28OH=2CrO 4 26Cl4H 2O
20、淀粉溶液 7 3 . 5 m 【解析】硫酸浸取液中的金属离子主要是 Cr3,其次是 Fe2、Al3和 Cu2,加入过量氢氧化钠,Fe3、 Cu2 生成沉淀,滤液的成分是 NaAlO 2和 NaCrO2,通入氯气,NaCrO2 被氧化为 Na2CrO4,通入过量二氧化碳 会生成氢氧化铝和碳酸氢钠,同时在酸性条件下,铬酸根转化为重铬酸根,即 2CrO4+2H=Cr2O72+H2O; 然后析出重铬酸钠,溶解加入氯化钾可得重铬酸钾。 (1)从动物皮到皮革需要加入铬酸鞣制,因此制革厂含铬污泥含有蛋白质等有机质,高温煅烧可以除去蛋白 质等有机质,同时改变污泥构造,便于溶解;根据流程,AlO2溶液中通入过量
21、 CO2,会生成 Al(OH)3,可 得滤渣 II 的成分是 Al(OH)3; (2)经过步骤得到滤液和滤渣,可知步骤中操作为过滤,需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗;根 据流程,步骤加入双氧水,目的是将 Fe2氧化为 Fe3,便于除去; (3)加入 KCl 的目的是使 Na2Cr2O7转化为 K2Cr2O7,根据信息,一定温度下,K2Cr2O7溶解度最小,故步骤 反应能够发生;由信息 Al(OH)3与 Cr(OH)3性质相似,根据流程,可知加入过量氢氧化钠,滤液的成分是 8 / 28 NaAlO2和 NaCrO2, 通入氯气, NaCrO2被氧化为 Na2CrO4, 故离子方程式为 3Cl2
22、+2CrO2+8OH=2CrO42+6Cl +4H 2O; (4)有碘单质存在,可以选用淀粉溶液做指示剂;根据化学反应:Cr2O72+6I+14H=2Cr33I2+7H2O 和 I2+2S2O32=2I+S4O62,可得 Cr2O723I26S2O32,ag 产品最终消耗 n(S2O32)=0.0500mol/L 30.00 10 3L500mL 50mL =0.0150mol,则 n(Cr2O72)=0.0150mol1 6 =0.00250mol,则样品中 K2Cr2O7含量为 0.00250mol 294g/mol73.5 100% mm 。 5(安徽省马鞍山市 2020 届高考第二次模
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