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无机化工流程题的解题策略
【高考必备知识】
一、无机化工流程的呈现模式
流程图一般三大部分(见上图):原料预处理、核心化学反应、产品的分离与提纯
二、读图要领
�1 �2 �3
(1)箭头:进入的是投料(反应物),出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质(支线方向)
(2)三线:出线和进线均表示物料流向或操作流程,可逆线(返回的箭头)表示物质循环
三、流程图中主要环节的分析
1.原料的预处理
处理方法 目的
固体原料粉 将块状或颗粒状的物质磨成粉末,增大反应物的接触面积,以加快反应速率或使反应更
碎或研磨 充分,提高浸取率
水浸 与水接触反应或溶解,使原料变成离子进入溶液中
酸浸 ①溶解转变成可溶物进入溶液中,以达到与难溶物分离的目的;②去氧化物(膜)
碱溶 ①除去金属表面的油污;②溶解酸性氧化物、两性化合物(Al O 、ZnO等)
2 3
醇浸 提取有机物,常采用有机溶剂(乙醚,二氯甲烷等)浸取的方法提取有机物
①除去可燃性杂质:除去硫、碳单质,使有机物转化或除去有机物
灼烧(煅烧/ ②使原料初步转化:高温下原料与空气中氧气反应等,使一些杂质在高温下氧化,如煅
焙烧) 烧高岭土
③除去热不稳定的杂质等
2.核心反应——陌生方程式的书写
(1)氧化还原反应的书写:熟练应用氧化还原反应规律判断产物,并根据化合价升降相等配平
①常见的氧化剂及还原产物预测
KMnO MnO K Cr O NaClO
氧化剂 4 2 2 2 7 浓硝酸 稀硝酸 H O Cl KClO Fe3+
(酸性) (H+) (酸性) 2 2 2 (或ClO-) 3
对应还
Mn2+ Mn2+ Cr3+ NO NO H O Cl- Cl- Cl- Fe2+
原产物 2 2
②常见的还原剂及氧化产物预测
SO S2- I-
还原剂 Fe2+ 2 SO2- S O2- H C O H O CO NH
(H SO )
3E 2 A3E
(H S)
2 2 4 2 2
(HI)
3
2 3 2
对应氧 Fe3+ SO2- SO2- SO2- S CO O I CO N 或
A4E A4E A4E 2 2 2 2 2
学科网(北京)股份有限公司化产物 NO
(2)陌生非氧化还原反应的书写
运用“证据 推理 符号”思路,书写新情境化学方程式的基本思路为:“读取”流程中的有
效信息(证据),找出主要的反应物和生成物(推理),再依据质量守恒定律和电荷守恒规律写出反应
的化学(离子)方程式
3.常用的分离方法
(1)调pH除杂:控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀
①调节pH所需的物质一般应满足两点:能与H+反应,使溶液pH值增大;不引入新杂质
②实例
部分金属阳离子形成氢氧化物的pH见下表
Fe3+ Fe2+ Cu2+ Zn2+ Mn2+ Mg2+
开始沉淀pH 2.7 7.6 5.5 7.6 8.3 9.6
完全沉淀pH 3.2 9.6 6.6 9.2 9.3 11.1
实例 1.除去 CuSO 溶液中少量 Fe3+,可向溶液中加入 CuO、Cu(OH) 、Cu (OH) CO 、CuCO
4 2 2 2 3 3
中的一种,调节pH至3.2~5.5,使Fe3+转化为Fe(OH) 沉淀除去
3
a.离子方程式为:Fe3++3H O Fe(OH) +3H+、CuO+2H+===Cu2++H O
2 3 2
b.加入CuO的作用:调节溶液的pH,使Fe3+转化为Fe(OH)
3
c.加热的目的:促进Fe3+水解
实例2.Mg2+ (Fe3+):MgO、Mg(OH) 、MgCO
2 3
实例3.Zn2+ (Fe3+):ZnO、ZnCO 、Zn(OH)
3 2
实例4.除去Zn2+中混有的Fe2+的方法:先加入氧化剂(如H O )将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,
2 2
然后再加入ZnO、ZnCO 、Zn(OH) 中的一种,调节pH至3.2~7.6,使Fe3+转化为Fe(OH)
3 2 3
沉淀除去
(2)蒸发结晶:提取溶解度随温度变化不大的溶质(NaCl)
①蒸发结晶的标志:当有大量晶体出现时,停止加热,利用余热蒸干
②实例1:从NaCl溶液中获取NaCl固体
a.方法:蒸发结晶
b.具体操作:加热蒸发,当析出大量NaCl晶体时,停止加热,利用余热蒸干
③实例2:NaCl溶液中混有少量的 KNO 溶液
3
a.方法:蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥
b.具体操作:若将混合溶液加热蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,母液中是KNO 和少
3
量NaCl,这样就可以分离出大部分NaCl
c.趁热过滤的目的:防止KNO 溶液因降温析出,影响NaCl的纯度
3
(3)冷却结晶
①适用范围:提取溶解度随温度变化较大的物质(KNO )、易水解的物质(FeCl 、CuCl )或结晶水化
3 3 2
合物(CuSO ·5H O、FeSO ·7H O)
4 2 4 2
②蒸发浓缩的标志:当有少量晶体(晶膜)出现时
③实例:KNO 溶液中混有少量的 NaCl溶液
3
a.方法:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
b.具体操作:若将混合溶液加热蒸发后再降温,则析出的固体主要是KNO ,母液中是NaCl
3
和少量KNO ,
3
学科网(北京)股份有限公司这样就可以分离出大部分KNO
3
(4)过滤:分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法
(5)萃取与反萃取
①萃取:利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同,将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的
过程。如用CCl 萃取溴水中的Br
4 2
②反萃取:用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程,为萃取的逆过程
4.工艺流程中的答题规范
(1)加热的目的:加快反应速率或促进平衡向某个方向 (一般是有利于生成物生成的方向)移动
(2)增大原料浸出率(离子在溶液中含量的多少)的措施:适当升温(加热)、粉碎(研磨)、增大反应物(酸、
碱)的浓度、
搅拌、增大气体的流速(浓度、压强),增大气液或固液接触面积
(3)沉淀的洗涤操作
①答题模板:沿玻璃棒向漏斗(过滤器)中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复实验2~3
次
②实例:在测定Na SO 和NaCl的混合物中Na SO 的质量分数时,可以在混合物中加入过量BaCl
2 4 2 4 2
溶液,沉淀 SO2-,然后过滤、洗涤、烘干、称量得到 BaSO 的质量,试问:怎样洗涤沉
4 4
淀?
沿玻璃棒向漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复实验2~3次
(4)沉淀(晶体)洗涤的目的
①若滤渣是所需的物质,洗涤的目的是除去晶体表面的可溶性杂质,得到更纯净的沉淀物
②若滤液是所需的物质,洗涤的目的是洗涤过滤所得到的滤渣,把有用的物质如目标产物尽可能洗
出来
(5)沉淀(晶体)用冰水洗涤的目的:既能洗去晶体表面的杂质离子,且能减少被洗涤物质在洗涤过程中
的溶解损耗
(6)沉淀(晶体)用乙醇洗涤的目的:降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗;利用
有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分,得到较干燥的产物
(7)检验沉淀是否洗涤干净的操作
①答题模板:取最后一次洗涤液少量于试管中,加入×××试剂(根据沉淀可能吸附的杂质离子,选择
合适的检验试剂),若没有×××(特征现象)出现,则证明沉淀已洗涤干净
②实例:在测定Na SO 和NaCl的混合物中Na SO 的质量分数时,可以在混合物中加入过量BaCl
2 4 2 4 2
溶液,沉淀 SO2-,然后过滤、洗涤、烘干、称量得到 BaSO 的质量,试问:怎样判断沉淀是否
4 4
洗净?
取最后一次洗涤液少量于试管中,加入稀HNO 酸化的AgNO 溶液,若无白色沉淀产生,则证明
3 3
沉淀已洗净
(8)趁热过滤的目的:防止过滤一种晶体或杂质的过程中,因降温而析出另一种晶体
①要滤渣(产品):防止降温时析出杂质而影响产品纯度或减少产品溶解损耗,如:NaCl (KNO )
3
②要滤液(产品):防止降温时析出产品(溶解度随温度增大而增大)而损耗 (除去溶解度小或难溶的
杂质)
(9)证明沉淀完全的操作
①答题模板:静置,取少量上层清液于试管中,加入×××试剂(沉淀剂),若没有×××沉淀产生,则
证明××沉淀完全
②实例:在测定Na SO 和NaCl的混合物中Na SO 的质量分数时,可以在混合物中加入过量BaCl
2 4 2 4 2
溶液,沉淀SO2-,然后过滤、洗涤、烘干、称量得到BaSO 的质量,试问:怎样判断SO2-
4 4 4
学科网(北京)股份有限公司是否沉淀完全?
静置,取上层清液少许于试管中,继续加入 BaCl 溶液,若无白色沉淀产生,则证明 SO2-沉淀
2 4
完全
(10)判断滴定终点的答题规范
①答题模板:当滴入最后半滴×××标准溶液后,溶液由×××色变成×××色,或溶液×××色褪去,且半
分钟内不恢复原来的颜色
②用标准盐酸滴定未知浓度的氢氧化钠溶液,酚酞作指示剂,滴定终点的判断:当加入最后半滴标
准盐酸后,溶液由红色变为无色,且半分钟内不恢复原来的颜色
(11)描述离子检验现象的答题规范
①答题模板:取试样→加水溶解→加……试剂除干扰→ 分离→加……检验试剂→观察现象→得
出结论
②以“SO2-的检验”为例:取少量溶液于试管中,加入足量稀盐酸,无明显现象,再加入 BaCl 溶
4 2
液,若有白色沉淀产生,则证明有SO2-
4
(12)控制温度在一定范围(综合考虑)
①温度不低于×××℃的原因:反应速率过慢或溶解速率小
②温度不高于×××℃的原因:适当加快反应速率,但温度过高会造成物质挥发(如浓硝酸、浓盐酸)、
分解(如H O 、浓硝酸、NH HCO 等)、氧化(如Na SO )或促进物质水解(如AlCl )等,影响产品
2 2 4 3 2 3 3
的生成
(13)控制溶液pH的目的:防止×××离子水解;防止×××离子沉淀;确保××离子沉淀完全;防止×××溶
解等
(14)调pH的目的:通过加入氧化物等方法调节pH,促进某离子水解,使其沉淀,利于过滤分离
(15)减压蒸馏(减压蒸发)的原因:减小压强,使液体沸点降低,防止受热分解、氧化等(如H O 、浓硝
2 2
酸、NH HCO )
4 3
(16)减压过滤的目的:加快过滤速度
(17)减压烘干的目的:降低产品的烘干温度,防止产品分解
(18)蒸发时的气体氛围抑制水解:如从溶液中析出 FeCl 、AlCl 、MgCl 等溶质时,应在 HCl 的气流
3 3 2
中加热,以防其水解
(19)减压蒸发的原因:减压蒸发降低了蒸发温度,可以防止某物质分解(如H O 、浓硝酸、NH HCO )
2 2 4 3
或失去结晶水(如题目要求制备结晶水合物产品)
(20)事先煮沸溶液的原因:除去溶解在溶液中的气体(如氧气),防止物质被氧化
(21)盐的作用:用于吸收气体,如碳酸钠、亚硫酸钠溶液吸收 CO 、SO ,FeCl 溶液用于吸收 Cl ,
2 2 2 2
亚硫酸氢铵溶液用于吸收NH 等等
3
(22)氧化剂的作用:氧化某物质,转化为易于被除去的离子(或沉淀)
(23)还原剂的作用:还原某物质,转化某物质、获得某种产品等
四、无机化工流程题的分析方法
①粗读试题,了解生产目的、原料及产品,尽量弄懂流程图
②图中一般会出现超纲知识,要读懂流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中
审题要点 的提示性信息,并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用
③分析各步的反应条件、原理及物质成分
d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点
①原料及产品的分离提纯;②生产目的及反应原理;③生产要求及反应条件;
答题切入点
④有关产率、产量及组成的计算;⑤绿色化学
学科网(北京)股份有限公司①流程中要分析“进” 、“出” 物质和仍然留在溶液中的离子等(否则可能漏掉副产品或
干扰离子)
②一般默认进的物质过量,确保每一步目标元素利用率或转化率最高,产品产率最高,
减少损失
解题策略 ③反应与物质的转化:分析每一步操作的目的及所发生的化学反应,跟踪物质转化的
形
式。尤其要注意原料中的杂质在流程中是如何被除去的。滤渣、滤液成分的确定:反
应过程中哪些物质(离子)发生了变化?产生了哪些新离子?这些离子间是否能发生
化学反应?所加试剂是否过量?
【巩固练习】
1.用辉铜矿(主要成分为 Cu S,含少量Fe O 、SiO 等杂质)制备难溶于水的碱式碳酸铜的流程如下:
2 2 3 2
(1)下列措施是为了加快浸取速率,其中无法达到目的的是______
A.延长浸取时间 B.将辉铜矿粉碎 C.充分搅拌 D.适当增加硫酸浓度
(2)滤渣Ⅰ的主要成分是MnO 、S、SiO ,请写出“ 浸取”反应中生成S 的离子方程式
2 2
________________________
(3) 研 究 发 现 , 若 先 除 铁 再 浸 取 , 浸 取 速 率 明 显 变 慢 , 可 能 的 原 因 是
____________________________________
(4)“除铁”的方法是通过调节溶液pH,使Fe3+转化为Fe(OH) 。则加入的试剂A可以是____________(填
3
化学式);“赶氨”时,最适宜的操作方法是____________
(5) “ 沉 锰” ( 除 Mn2+) 过 程 中 有 关 反 应 的 离 子 方 程 式 为
________________________________________________
(6)滤液Ⅱ经蒸发结晶得到的盐主要是____________(填化学式)
2.NiSO ·6H O是一种绿色易溶于水的晶体,可由电镀废渣(除镍外,还含有铜、锌、铁等元素)为原
4 2
料获得。操作步骤如下:
(1)向滤液Ⅰ中加入FeS是为了生成难溶于酸的硫化物沉淀而除去Cu2+、Zn2+等杂质,则除去Cu2+的离子
方程式为
(2)根据对滤液Ⅱ的操作作答:
① 往 滤 液Ⅱ 中 加 入H O 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 为
2 2
_____________________________________________
②调滤液ⅡpH的目的是__________________
③检验Fe3+是否除尽的操作和现象是_____________________________________________
(3)滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO ,加Na CO 过滤后得到NiCO 固体,再加适量稀硫酸溶解又生成
4 2 3 3
NiSO ,这两步操作的目的是__________________________
4
(4)得到的NiSO 溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等一系列操作可得到NiSO ·6H O晶体
4 4 2
①在进行蒸发浓缩操作时,加热到___________________________(描述实验现象)时,则停止加热
学科网(北京)股份有限公司②为了提高产率,过滤后得到的母液要循环使用,则应该回流到流程中的_____(填“a”、“b”、“c”
或“d”)位置
③如果得到产品的纯度不够,则应该进行________________(填操作名称)操作
3.氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下:
已知:①菱锰矿石主要成分是MnCO ,还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素
3
②相关金属离子[c(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀时的pH如下:
金属离子 Al3+ Fe3+ Fe2+ Ca2+ Mn2+ Mg2+
开始沉淀的pH 3.8 1.5 6.5 10.6 8.1 9.6
沉淀完全的pH 5.2 3.7 9.7 12.6 10.1 11.6
③常温下,CaF 、MgF 的溶度积分别为1.46×10-10、7.42×10-11
2 2
回答下列问题:
(1)“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为__________________________
(2)分析下列图1、图2、图3,氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:焙烧温度_________,氯化铵与菱锰
矿粉的质量之比为________,焙烧时间为__________________________
(3)浸出液“净化除杂”过程如下:首先加入 MnO 将 Fe2+氧化为 Fe3+,反应的离子方程式为
2
_________________;然后调节溶液pH使Fe3+、Al3+沉淀完全,此时溶液的pH范围为_________,
再加入NH F沉淀Ca2+、Mg2+,当c(Ca2+)=1.0×10-5 mol·L-1时,c(Mg2+)=_______mol·L-1
4
(4)碳化结晶时,发生反应的离子方程式为__________________________________________
(5)流程中能循环利用的固态物质是___________
4.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SiO 、Fe O 。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH VO 。
2 3 4 4 3
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pH 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VO+,同时还有________离子被氧化。写出VO+转化为VO+
2EA A2E
学科网(北京)股份有限公司反应的离子方程式________________________________________________
A
(3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为V O · xH O,随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、________,
2 5 2
以及部分的________
(4)“沉淀转溶”中,V O · xH O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是______________
2 5 2
(5)“调pH”中有沉淀产生,生成沉淀反应的化学方程式是____________________________
(6)“沉钒”中析出NH VO 晶体时,需要加入过量NH Cl,其原因是____________________
4 3 4
5.三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO ·H O,其相对分子质量为 990)简称“三盐”,不溶于水及有机溶剂。主
4 2
要适用于不透明的聚氯乙烯硬质管、注射成型制品,也可用于人造革等软质制品。以铅泥(主要成
分为PbO、Pb及PbSO 等)为原料制备三盐的工艺流程如下图所示
4
已知:K (PbSO )=1.82×10-8,K (PbCO )=1.46×10-13
sp 4 sp 3
请回答下列问题:
(1)写出步骤①“转化”的离子方程式:____________________________________________
(2)根据下图溶解度曲线,由滤液 1 得到 Na SO 固体的操作为:将“滤液 1”________、________、用
2 4
乙醇洗涤后干燥
(3)步骤③“酸溶”,为提高酸溶速率,可采取的措施是_______________________________(任意写出一
条)
(4)“滤液2”中可循环利用的溶质为________(填化学式)。若步骤④“沉铅”后的滤液中c(Pb2+)=1.82×10
-5mol·L-1,则此时c(SO2-)=________mol·L-1
A4E A
(5)步骤⑥“合成”三盐的化学方程式为____________________________________________
(6)若消耗100.0 t铅泥,最终得到纯净干燥的三盐49.5 t,假设铅泥中的铅元素有75%转化为三盐,则
铅泥中铅元素的质量分数为________
6.利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥
Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如图:
已知硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3+,其次是Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+
(1)酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施有_______________、____________________(答出两点)
学科网(北京)股份有限公司(2)H O 的作用是将滤液Ⅰ中的 Cr3+转化为 Cr O2-,则此反应中氧化剂和还原剂物质的量之比为
2 2 2 A7E A
__________
(3)常温下,部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示:
阳离子 Fe3+ Al3+ Cr3+
开始沉淀时的pH 2.7 - -
沉淀完全时的pH 3.7 5.4(>8溶解) 9(>9溶解)
①用NaOH调节溶液的pH不能超过8,其理由是_____________________________________。
②当pH=8时,Mg2+______________ (填“是”或“否”)开始沉淀(溶液中Mg2+浓度不超过1 mol·L-1)。
已知:K [Mg(OH) ]=1.8×10-11。
sp 2
(4)上述流程中,加入NaOH溶液后,溶液呈碱性,Cr O2-转化为CrO2-,写出上述流程中用SO 进行
2 A7E A A4E A 2
还原时发生反应的离子方程式:___________________________________________
7.溴酸镉[Cd(BrO ) ]常用作分析试剂、生产荧光粉等。以镉铁矿(成分为 CdO 、Fe O 、FeO 及少量
3 2 2 2 3
的Al O 和SiO )为原料制备[Cd(BrO ) ]的工艺流程如下:
2 3 2 3 2
已知 Cd(SO ) 溶于水
4 2
回答下列问题:
(1)为提高镉的浸取率,酸浸时可采取的措施有____________________(任写两种即可)。
(2) 还 原 镉 时 , 产 生 能 使 澄 清 石 灰 水 变 浑 浊 的 气 体 , 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 为
_____________________________
(3)加入H O 溶液的目的是______________________________________________________
2 2
(4)滤渣 2 的主要成分为__________________(填化学式);为检验滤液中是否含有 Fe3+,可选用的化
学试剂是______________________
(5)实际工业生产中,有时还采用阳离子交换树脂法来测定沉镉后溶液中 Cd2+的含量,其原理:Cd2+
+ 2NaR===2Na++ CdR ,其中NaR为阳离子交换树脂。常温下,将沉镉后的溶液(此时溶液 pH
2
=6)经过阳离子交换树脂后,测得溶液中的 Na+比交换前增加了 0.055 2 g·L-1,则该条件下Cd(OH)
2
的K 值为_________
sp
(6)已知镉铁矿中 CdO 的含量为 72%,整个流程中镉元素的损耗率为 10%,则 2 t 该镉铁矿可制得
2
Cd(BrO ) (摩尔质量为 368 g·mol-1)质量为________kg
3 2
8.钪及其化合物具有许多优良的性能,在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废
酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc O )的一种流程如图:
2 3
回答下列问题:
学科网(北京)股份有限公司(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而
成。混合的实验操作是__________________________________________
(2)先加入氨水调节pH=3,过滤,滤渣主要成分是______________;再向滤液中加入氨水调节pH=6,
滤液中Sc3+的浓度为__________(已知:25 ℃时,K [Mn (OH) ]=1.9×10-13,K [Fe(OH) ]=2.6×10
sp 2 sp 3
-39,K [Sc(OH) ]=9.0×10-31)
sp 3
c(C O2-)
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH=2的草酸溶液中 2 A4 A =________________(保留两位有效数字)。
EAc(H C O )A
E 2 2 4 E
写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式:______________________________[已知:25 ℃时,
K (H C O )=5.9×10-2,K (H C O )=6.4×10-5]
a1 2 2 4 a2 2 2 4
(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为____________________________________________
(5)废酸中含钪量为15 mg·L-1,V L废酸最多可提取Sc O 的质量为________________
2 3
9.工业上回收利用某合金废料(主要含Fe、Cu、Co、Li等,已知Co、Fe都是中等活泼金属)的工艺流
程如下:
(1)金属M为____________,操作1为____________
(2)加入H O 的作用是____________________________________(用离子方程式表示),加入氨水的作用
2 2
是_______
(3)充分焙烧的化学方程式为____________________________________________________________
(4)已知Li CO 微溶于水,其饱和溶液的浓度与温度关系见下表。操作2中,蒸发浓缩后必须趁热过滤,
2 3
其原因
是________________________,90 ℃时K (Li CO )的值为____________
sp 2 3
温度/℃ 10 30 60 90
浓度/mol·L-1 0.21 0.17 0.14 0.10
(5)用惰性电极电解熔融Li CO 制取锂,阳极生成两种气体,则阳极的电极反应式为
2 3
________________________
10.二硫化钨(WS ,其中 W 的化合价为+4)可用作润滑剂,还可以在石油化工领域中用作催化剂。
2
由钨铁矿(其主要成分是FeWO ,还含少量Al O )制备二硫化钨的工艺流程如图所示:
4 2 3
回答下列问题:
(1)FeWO 中铁元素的化合价为________________
4
(2)FeWO 在“熔融”过程中发生反应的化学方程式为________________________;“熔融”过程中为了提
4
高熔融速率,可采取的措施有____________________(写出一条即可)
(3)过量CO 通入粗钨酸钠溶液中发生反应的离子方程式为____________________________________,
2
操作Ⅰ中用作引流的玻璃仪器是________
(4)生成二硫化钨的化学方程式为2(NH ) WS +3O 2WS +4NH +2S+2SO +2H O,若反应中转移8
4 2 4 2 2 3 2 2
mol
电子,则生成WS 的质量是________g
2
11.硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知:硼镁矿主要成分为Mg B O ·H O,硼砂的化
2 2 5 2
学科网(北京)股份有限公司学式为Na B O ·10H O。利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如下。回答下列有关问题:
2 4 7 2
(1)硼砂中B的化合价为____________,溶于热水后,常用H SO 调pH至2~3制取H BO ,反应的离子方
2 4 3 3
程式为____________________________________,X为H BO 晶体加热脱水的产物,其与Mg反应制
3 3
取粗硼的化学方程式为____________________________________ ,该反应中的氧化剂是
____________(填化学式)
(2)硼酸是一种一元弱酸,它与水作用时结合水电离的OH-而释放出水电离的H+,这一变化的离子方
程式为____________________________________,皮肤上不小心碰到氢氧化钠溶液,一般先用大量
水 冲 洗 , 然 后 再 涂 上 硼 酸 溶 液 , 则 硼 酸 与 氢 氧 化 钠 反 应 的 离 子 方 程 式 为
____________________________________
(3) MgCl ·7H O需要在HCl氛围中加热制MgCl ,其目的是____________________________________
2 2 2
(4)制得的粗硼在一定条件下生成BI ,BI 加热分解可以得到纯净的单质硼。现将0.020 g粗硼制成的BI
3 3 3
完全分解,生成的I 用0.30 mol·L-1 Na S O (H S O 为弱酸)溶液滴定至终点,消耗Na S O 溶液18.00
2 2 2 3 2 2 3 2 2 3
mL。盛装Na S O 溶液的仪器应为______(填“酸式”或“碱式”)滴定管,该粗硼样品的纯度为______(提
2 2 3
示:I +2S O2-===2I-+S O2-)
2 2 A3E A 4 A6E A
12.一种以冷热镀管废料锌灰制ZnSO ·7H O晶体,进而获取ZnO,并探索氢电极增压还原氧化锌电
4 2
解法制锌的方法,工艺流程如图所示,回答下列问题:
已知:①锌灰的主要成分为ZnO、ZnCl ,还含有SiO 、CuO、PbO和FeO
2 2
②Cu++Cl-===CuCl↓
(1)滤渣1的主要成分为SiO 和________
2
(2)酸浸时,硫酸浓度不能过高,原因是_______________________________________
(3)写出“沉铜”时的离子方程式:___________________________________________
(4)在pH为5.6的条件下氧化后,再加入聚丙烯酰胺絮凝剂并加热搅拌,其目的是____
(5)氢电极增压还原氧化锌的装置如图所示,储罐内ZnO溶解后形成Zn(OH)2-离子,每溶解1 mol ZnO
A4E A
需消耗______mol KOH。电解池中的总反应离子方程式为:___________
(6)该工艺废水中含有Zn2+,排放前需处理。向废水中加入CH COOH和CH COONa组成的缓冲溶液
3 3
调节pH,通入H S发生反应:Zn2++H S ZnS(s)+2H+。处理后的废水中部分微粒浓度为:
2 2
微粒 H S CH COOH CH COO-
2 3 3
学科网(北京)股份有限公司浓度/(mol·L-1) 0.10 0.05 0.10
处理后的废水的pH=________,c(Zn2+)=________。[已知:K (ZnS)=1.0×10-23,K (H S)=1.0×10
sp a1 2
-7,K (H S)=1.0×10-14,K (CH COOH)=2.0×10-5
a2 2 a 3
13.铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。某科研小组从某废旧铍铜元件(主要含 BeO、
CuS,还含少量FeS和SiO )中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下:
2
已知:ⅰ.铍、铝元素化学性质相似;BeCl 熔融时能微弱电离。
2
ⅱ.常温下,K [Cu(OH) ]=2.2×10-20,K [Fe(OH) ]=4.0×10-38,K [Mn(OH) ]=2.1×10-13
sp 2 sp 3 sp 2
回答下列问题:
(1)滤液A的主要成分除NaOH 外,还有____________(填化学式);写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐
酸反应的离子方程式:___________________________________
(2)滤液C中含NaCl、BeCl 和少量HCl,为得到较纯净的BeCl 溶液,选择下列实验操作最合理步骤
2 2
的顺序是____________;电解熔融 BeCl 制备金属铍时,需要加入 NaCl,其作用是
2
__________________
①加入过量的NaOH;②加入过量的氨水;③加入适量的HCl;④过滤;⑤洗涤。
(3)反应Ⅱ中CuS的氧化产物为S单质,该反应的化学方程式为________________。
(4)常温下,若滤液D中c(Cu2+)=2.2 mol·L-1、c(Fe3+)=0.008 mol·L-1、c(Mn2+)=0.21 mol·L-1,向
其中逐滴加入稀氨水,生成沉淀F是____________(填化学式);为了尽可能多的回收铜,所得滤液
G的pH最大值为____________
14.锂被誉为“金属味精”,以 LiCoO 为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常
2
以β-锂辉矿(主要成分为LiAlSi O ,还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中
2 6
一种工艺流程如下:
已知:①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH:
氢氧化物 Fe(OH) Al(OH) Mg(OH)
3 3 2
开始沉淀时的pH 1.9 3.4 9.1
完全沉淀时的pH 3.2 4.7 11.1
②Li CO 在不同温度下的溶解度如下表:
2 3
温度/℃ 0 10 20 50 75 100
Li CO 的
2 3
1.539 1.406 1.329 1.181 0.866 0.728
溶解度/g
请回答下列问题:
(1)用氧化物形式表示LiAlSi O 的组成__________
2 6
学科网(北京)股份有限公司(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是____________________________________________________________
(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式:__________________________________________________
(4) 洗 涤 所 得 Li CO 沉 淀 要 使 用 ________( 填 “ 热 水 ” 或 “ 冷 水 ”) , 理 由 是
2 3
_____________________________________
(5) 流 程 中 两 次 使 用 了 Na CO 溶 液 , 第 一 次 浓 度 小 , 第 二 次 浓 度 大 的 原 因 是
2 3
_________________________________
________________________________________________________________________
(6)该工艺中,电解熔融氯化锂生产锂时,阳极产生的氯气中会混有少量氧气,原因是
_______________________
________________________________________________________________________
15.某化学实验室以一种工业上的废渣(废渣主要含有MgCO 、MgSiO 和少量Fe、Al的氧化物)为原
3 3
料,制备MgCO ·3H O。实验流程如下图所示:
3 2
(1)为了加快废渣的酸溶速率,可采取的办法有________________________________(任写一点),酸溶
时废渣中主要成分发生反应的离子方程式为___________________________________
(2)加入30%H O 的目的是______________________________________________
2 2
(3)用萃取分液的方法除去溶液中的Fe3+
①加入30%H O 后,检验溶液中是否含有Fe2+的最佳试剂是_____________________
2 2
②萃取分液完成后,检验水相中是否含有Fe3+的最佳试剂是_______________________
(4)室温下,除去 MgSO 溶液中的 Al3+(使 Al3+浓度小于 1×10-6 mol·L-1)而不引入其他杂质,应加入
4
的试剂X为____________,应调节pH的范围为________________________
(已知:①K [Al(OH) ]=1.0×10-33;②pH=8.5时,Mg(OH) 开始沉淀)
sp 3 2
(5)向滤液中加入 Na CO 溶液生成 MgCO 沉淀并用蒸馏水洗涤,确认沉淀洗净的操作及现象是
2 3 3
________________
______________________________________________________________________________
16.一种以辉铜矿(主要成分为Cu S,含少量SiO )为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示:
2 2
(1)写出“浸取”过程中Cu S溶解时发生反应的离子方程式:_________________________
2
(2)恒温“浸取”的过程中发现铜元素的浸取速率先增大后减少,有研究指出CuCl 是该反应的催化剂,
2
该过程的反应原理可用化学方程式表示为①Cu S+2CuCl ===4CuCl+S
2 2
②________________________________________
(3)“回收S”过程中温度控制在50~60 ℃之间,不宜过高的原因是___________________________
学科网(北京)股份有限公司(4)向滤液M中加入(或通入)________(填字母),可得到一种可循环利用的物质。
a.铁 b.氯气 c.高锰酸钾 d.氯化氢
(5)“保温除铁”过程中,加入 CuO 的目的是________________;“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中,要用
HNO 溶液调节溶液的pH,其理由是________________________________
3
(6)辉铜矿可由黄铜矿(主要成分为CuFeS )通过电化学反应转变而成,有关转化见图,转化时转移0.2
2
mol电子,生成Cu S________mol
2
17.锂离子电池的应用很广泛,某种锂电池的正极材料为钴酸锂,该材料可以由海水(含较大浓度的
LiCl及少量MgCl 、CaCl 、MnCl 等)制备,其工艺流程如图所示:
2 2 2
已知:①在常温下几种难溶物质的溶度积常数如表;
物质 Li CO MgCO CaCO MnCO Mg(OH)
2 3 3 3 3 2
K 2.5×10-2 6.8×10-6 3.4×10-9 2.3×10-11 5.6×10-12
sp
②Li CO 微溶于热水,可溶于冷水。
2 3
(1)“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2+和___________
(2)“调pH”的目的是_______________________________________________________
(3)金属镁可以通过电解熔融 MgCl 得到,写出由 Mg(OH) 沉淀制 MgCl 固体的具体操作
2 2 2
______________________
_______________________________________________________
(4)20 ℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295 g,饱和溶液密度为1.014 8 g·cm-3,则其中Li CO 的物质
2 3
的量浓度为 ___________(结果保留2位有效数字)
(5)“热水洗涤”的目的是_________________________________,在实验室里洗涤Li CO 时会采用如
2 3
图所示装置,该装置较于普通过滤装置的优点为_________________________________
(6)“合成”工序需要高温条件,并放出能使澄清石灰水变浑浊的气体,写出该反应的化学方程式
_______________
4.铋(83 号元素)主要用于制造合金,铋合金具有凝固时不收缩的特性,用于铸造印刷铅字和高精度
铸型。湿法提铋新工艺以氧化铋渣(主要成分为 Bi O ,含有 PbO、Ag O、CuO 杂质)为原料提 Bi
2 3 2
的工艺流程如下:
学科网(北京)股份有限公司已知:Ⅰ.BiOCl不溶于水,加热至700 ℃就分解生成BiCl ,BiCl 的沸点为447 ℃;
3 3
Ⅱ.25 ℃时,K [Cu(OH) ]=1.2×10-20;K (PbCl )=1.17×10-5。
sp 2 sp 2
回答下列问题:
(1)“滤渣Ⅰ”的成分为__________________(填化学式)
(2)“脱氯”的化学方程式为___________________________________________
(3)“沉铜”时,向“滤液Ⅱ”中加入NaOH溶液调节pH,促进Cu2+水解生成Cu (OCl) ,则此过程中Cu2
3 2
+水解的离子方程式为________________________。若“滤液Ⅱ”中c(Cu2+)为0.01 mol·L-1,当加入等
体积的NaOH溶液时,pH恰好为6,出现沉淀Cu(OH) ,此时Cu2+的去除率为________(忽略溶液
2
体积变化)
(4)“滤液Ⅲ”经加热浓缩后可返回________________工序循环使用
【无机化工流程题的解题策略】答案
1.(1)A
(2)2MnO +Cu S+8H+===S↓+2Cu2++2Mn2++4H O
2 2 2
(3)Fe3+可加催化Cu S被MnO 氧化
2 2
(4)CuO[或Cu(OH) ] 加热
2
(5)Mn2++HCO-+NH ===MnCO↓+NH+
A3EA 3 3 A4EA
(6)(NH ) SO
4 2 4
解析:辉铜矿的主要成分为Cu S,含少量Fe O 、SiO 等杂质,加入稀硫酸和二氧化锰浸取,过滤得
2 2 3 2
到滤渣为MnO 、SiO 、单质S,滤液中含有Fe3+、Mn2+、Cu2+,调节溶液pH除去铁离子,加入碳酸氢
2 2
铵溶液沉淀锰,过滤得到滤液赶出氨气循环使用,得到碱式碳酸铜。
(1)酸浸时,通过粉碎矿石或者升高温度或者进行搅拌等都可以提高浸取速率,延长浸取时间并不能
提高速率。
(2)“浸取”时:在酸性条件下MnO 氧化Cu S得到硫单质、CuSO 和MnSO ,其反应的离子方程式是MnO
2 2 4 4 2
+Cu S+8H+===S↓+2Cu2++2Mn2++4H O。
2 2
(3)浸取时氧化铁与稀硫酸生成硫酸铁和水,若先除铁再浸取,浸取速率明显变慢,Fe3+可催化Cu S
2
被MnO 氧化。(4)加入的试剂A应用于调节溶液pH,促进铁离子的水解,但不能引入杂质,因最后要
2
制备碱式碳酸铜,则可加入氧化铜、氢氧化铜等;因氨气易挥发,加热可促进挥发,则可用加热的方
法赶氨。
(5)“沉锰”(除Mn2+)过程中,加入碳酸氢铵和氨气,生成碳酸锰沉淀,反应的离子方程式为Mn2++HCO-
3A E
+NH ===MnCO ↓+NH+。
A 3 3 A4EA
(6)滤液Ⅱ主要是硫酸铵溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸铵晶体。
2.(1)FeS+Cu2+===CuS+Fe2+
(2)①2Fe2++H O +2H+===2Fe3++2H O
2 2 2
②除去Fe3+
③取少量滤液Ⅲ于试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液不变红色,则Fe3+已除净
学科网(北京)股份有限公司(3)增大NiSO 的浓度,利于蒸发结晶(或富集NiSO )
4 4
(4) ①有少量晶体析出(或者溶液表面形成晶体薄膜)
②d
③重结晶
解析:(1)FeS除去Cu2+的反应是沉淀的转化,即FeS+Cu2+===CuS+Fe2+。
(2)①对滤液Ⅱ中加H O 的目的是将Fe2+氧化Fe3+,加入H O 的离子方程式为2Fe2++H O +2H+===2Fe3+
2 2 2 2 2 2
+2H O。②调滤液ⅡpH的目的是除去Fe3+。③检验Fe3+是否除尽的操作和现象:用试管取少量滤液Ⅲ,
2
滴加几滴KSCN溶液,若溶液不变红色,则Fe3+已除净。
(3)NiSO 与Na CO 反应生成NiCO 沉淀,而后过滤,再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO ,这样可提高
4 2 3 3 4
NiSO 的浓度,有利于蒸发结晶。
4
(4)①在进行蒸发浓缩操作时,当少量晶体析出时或溶液表面形成晶体薄膜时,停止加热。②为了提
高产率,过滤后得到的母液要循环使用,应该回流到流程d中循环使用。③产品的纯度不够需要重新
溶解、浓缩、结晶析出得到较纯净的晶体,实验操作为重结晶。
3.(1)MnCO +2NH ClMnCl +2NH ↑+CO ↑+H O
3 4 2 3 2 2
(2)500 ℃ 1.10 60min
(3)MnO +2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H O 5.2≤pH<8.1 5.1×10-6
2 2
(4)Mn2++2HCO-MnCO ↓+CO ↑+H O
A3EA 3 2 2
(5)NH Cl
4
解析:(1)根据工艺流程图知“焙烧”时发生的主要化学反应方程式为 MnCO +2NH ClMnCl +2NH ↑
3 4 2 3
+CO ↑+H O。
2 2
(2)根据图示锰浸出率比较高,焙烧菱锰矿的最佳条件是焙烧温度 500 ℃,氯化铵与菱锰矿粉的质量
比为1.10,焙烧时间为60 min。
(3)二氧化锰具有氧化性,可以氧化亚铁离子,而二氧化锰被还原为锰离子,反应的离子方程式为MnO
2
+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H O;根据题干信息知pH在5.2时Al3+沉淀完全,pH在8.1时,
2
Mn2+开始沉淀,所以将Fe3+、Al3+沉淀完全,可以调整pH范围在5.2≤pH<8.1;根据CaF、MgF 的
2 2
1.46×10-10 7.42×10-11
溶度积计算得:c2(F-)= =1.46×10-5,c(Mg2+)= mol·L-1≈5.1×10-6 mol·L-1。
A 1.0×10-5 A A1.46×10-5A
E E
(4)根据流程图知碳化结晶时,发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO-MnCO ↓+CO ↑+H O。
A3EA 3 2 2
(5)流程图可以看出能循环利用的固态物质是NH Cl。
4
4.(1)加快酸浸氧化反应速率(促进氧化完全)
(2) Fe2+ VO++MnO +2H+===VO++Mn2++H O
2 A2EA 2
(3) Mn2+ Fe3+、Al3+
(4)Fe(OH)
3
(5)Na[Al(OH) ]+HCl===NaCl+Al(OH) ↓+H O
4 3 2
(6)利用同离子效应,促进NH VO 尽可能析出完全
4 3
解析:(1)“酸浸氧化”过程中钒矿粉、MnO 和30% H SO 发生反应,常温下反应速率较小,加热的目
2 2 4
的是加快酸浸氧化反应速率。
(2)Fe O 与稀硫酸反应:Fe O +8H+===2Fe3++Fe2++4H O,“酸浸氧化”过程中,Fe2+具有还原性,
3 4 3 4 2
也能被MnO 氧化生成Fe3+。VO+被氧化为VO+,MnO 则被还原为Mn2+,溶液呈酸性,结合守恒
2 A2EA 2
规律,写出离子方程式:VO++MnO +2H+===VO++Mn2++H O。
2 A2EA 2
(3)由表中数据可知,Mn2+开始沉淀的pH为8.1,Al3+开始沉淀的pH为3.0,沉淀完全的pH为4.7,
学科网(北京)股份有限公司Fe3+沉淀完全的pH为3.2。“中和沉淀”中调节pH=3.0~3.1,钒水解并沉淀为V O ·xH O,此时Mn2
2 5 2
+不沉淀,Al3+部分沉淀,Fe3+几乎沉淀完全,故随滤液②除去的金属离子有K+、Mg2+、Na+、Mn2
+及部分Al3+、Fe3+。
(4)滤饼②中含V O ·xH O、Fe(OH) 和少量Na[Al(OH) ],“沉淀转溶”中,加入NaOH溶液,调节pH
2 5 2 3 4
>13,V O ·xH O转化为钒酸盐溶解,Al(OH) 转化为Na[Al(OH) ],故滤渣③的主要成分是Fe(OH) 。
2 5 2 3 4 3
(5)滤液③中含有 Na[Al(OH) ]、NaVO ,“调 pH”中加入 HCl,调节 pH=8.5,此时 Na[Al(OH) ]+
4 3 4
HCl===NaCl+Al(OH) ↓+H O。
3 2
(6)NH VO 存在沉淀溶解平衡:NH VO (s) NH+(aq)+VO-(aq),“沉钒”中加入过量NH Cl,增大
4 3 4 3 A4EA A3EA 4
c(NH+),有利于NH VO 结晶析出(同离子效应的应用)。
4A E A 4 3
5.(1)PbSO (s)+CO2-(aq) PbCO (s)+SO2-(aq)
4 A3E A 3 4A E A
(2)升温结晶 趁热过滤
(3)适当升温(适当增加硝酸浓度等合理答案均可)
(4)HNO 1×10-3
3
(5)4PbSO +6NaOH3PbO·PbSO ·H O+3Na SO +2H O
4 4 2 2 4 2
(6)55.20%
解析:(1)由于K (PbSO )=1.82×10-8>K (PbCO )=1.46×10-13,所以步骤①加入碳酸钠溶液,把硫
sp 4 sp 3
酸铅转化为碳酸铅,反应的离子方程式为PbSO (s)+CO2-(aq) PbCO (s)+SO2-(aq)。
4 3 3 4
(2)滤液1的溶质主要是Na SO 和过量的Na CO ,将“滤液1”升温结晶、趁热过滤、用乙醇洗涤后干
2 4 2 3
燥得到Na SO 固体。
2 4
(4)Pb、PbO和PbCO 在硝酸的作用下转化成Pb(NO ) ,Pb(NO ) 中加硫酸转化成PbSO 和硝酸,HNO
3 3 2 3 2 4 3
可循环利用;根据 K (PbSO )=1.82×10-8,若滤液中 c(Pb2+)=1.82×10-5mol·L-1,则溶液中的 c(SO2-)
sp 4 4E A
K (PbSO )
1.82×10-8
= sp 4 = mol·L-1=1×10-3mol·L-1。
A c(Pb2+) A A1.82×10-5A
E E E
100.0×106 g×x×75% 49.5×106 g
(6)设铅泥中铅元素的质量分数为 x,根据铅元素守恒可得: = ×4,解
A 207 g·mol-1 A A990 g·mol-1A
E E
得x=0.552 0,所以铅泥中铅元素的质量分数为55.20%。
6.(1)升高温度(加热) 搅拌
(2)3∶2
(3)①pH超过8会使部分Al(OH) 溶解生成[Al(OH) ] - ,最终影响Cr回收与再利用 ②否
3 4
(4)3SO +2CrO2-+12H O===2Cr(OH)(HO) SO ↓+SO2-+2OH-
2 A4E A 2 2 5 4 A4E A
解析:(1)酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施是延长浸取时间、加快溶解速度等措施,可以升高
温度增大物质的溶解度或搅拌加快溶解速度。
(2)H O 将Cr3+转化为Cr O2-,H O 作氧化剂。Cr3+被氧化,发生的反应为2Cr3++3H O +
2 2 2 A7E A 2 2 2 2
H O===Cr O2-+
2 2 A7E A
8H+,氧化剂和还原剂物质的量之比为3∶2。
(3)①pH=8时,Fe3+、Al3+已沉淀完全,pH>8时,会使部分Al(OH) 溶解生成[Al(OH) ]- ,会影响
3 4
Cr的回收与再利用。②当pH=8时,Q =c(Mg2+)·c2(OH-)=1×(10-6)2=10-12<K [Mg(OH) ],因此,
c sp 2
此时Mg2+不沉淀。
(4)流程中用SO 进行还原时,Na CrO 被还原为Cr(OH)(H O) SO ,SO 被氧化为SO2-,根据原子守
2 2 4 2 5 4 2 A4E A
恒写出反应的离子方程式:3SO +2CrO2-+12H O===2Cr(OH)(H O) SO ↓+SO2-+2OH-。
2 A4E A 2 2 5 4 4A E A
学科网(北京)股份有限公司7.(1)增大稀硫酸浓度、将固体粉碎、用玻璃棒搅拌或适当加热等措施(写出两种即可)
(2)3Cd4++CH OH+H O===3Cd2++CO ↑+6H+
3 2 2
(3)将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+
(4)Al(OH) 、Fe(OH) KSCN溶液
3 3
(5)1.2×10-19
(6)3 312
解析:用稀硫酸溶解镉铁矿,其中 SiO 不溶于水和酸,通过过滤除去,即滤渣 1 为 SiO ;滤液中主
2 2
要含有Fe2+、Fe3+、Al3+和Cd4+,加入CH OH 将Cd4+还原为Cd2+,然后加入H O 溶液,将溶液
3 2 2
中的Fe2+氧化为Fe3+,再调节溶液pH使溶液中的Al3+和Fe3+完全转化为Al(OH) 、Fe(OH) 沉淀,
3 3
过滤除去不溶物(滤渣 2),向含有 CdSO 的滤液中加入 K CO 生成 CdCO 沉淀,再过滤将沉淀溶于
4 2 3 3
HBrO ,最后将溶液蒸发结晶即可得到溴酸镉,据此分析。
3
(1)固体溶解于稀硫酸时,采取增大稀硫酸浓度、将固体粉碎、用玻璃棒搅拌或适当加热等措施,可
提高镉的浸出率。
(2)CH OH 将 Cd4+还原为 Cd2+时,产生使澄清石灰水变浑浊的气体,此气体为 CO ,结合守恒法,
3 2
可知反应的离子方程式为3Cd4++CH OH+H O===3Cd2++CO ↑+6H+。
3 2 2
(3)加入H O 溶液的目的是将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+。
2 2
(4)滤渣2的主要成分为Al(OH) 、Fe(OH) ;为检验滤液中是否含有 Fe3+,可选用的化学试剂是KSCN
3 3
溶液。
(5)沉淀后的溶液pH=6,则c(OH-)=10-8mol·L-1,经阳离子交换树脂后,测得溶液中Na+比交换前
0.055 2 g·L-1
增加了 0.055 2 g·L-1,即 Na+物质的量浓度增加了 =0.002 4 mol·L-1,根据 Cd2++
A 23 g·mol-1 A
E
2NaR===2Na++CdR ,可知原溶液中c(Cd2+)=0.001 2 mol·L-1,则Cd(OH) 的K =c(Cd2+)·c2(OH-)
2 2 sp
= 1 . 2 × 1 0 - 1 9 。
1.44×106 g
(6)2 t该矿石中CdO 的质量为2×106 g×72%=1.44×106g,其物质的量为 =1×104 mol,整
2 A144 g·mol-1A
E
个流程中镉元素的损耗率为 10%,根据原子守恒可知 Cd(BrO ) 的物质的量为 104 mol×(1-10%)=
3 2
9 × 1 0 3 m o l , 其 质 量 为 9 ×
103 mol×368 g·mol-1=3 312 000 g=3 312 kg。
8.(1)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不断搅拌,冷却后再慢慢注入双氧水中,并不
断搅拌
(2)Fe(OH) 9.0×10-7mol·L-1
3
(3)3.8×10-2 2Sc3++3H C O ===Sc(C O ) ↓+6H+
2 2 4 2 2 4 3
(4)2Sc (C O ) +3O 2Sc O +12CO
2 2 4 3 2 2 3 2
(5)0.023V g
解析:(1)在混合不同的液体时,一般先加密度较小、易挥发的,后加密度大、难挥发的,若混合时
放热,则最后加受热易分解的,因此混合的实验操作是将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中,并用玻璃
棒不断搅拌,冷却后再慢慢注入双氧水中,并不断搅拌。
c(C 2 O2 4 -) c(C 2 O2 4 -)·c(H+) c(HC 2 O- 4 )·c(H+) 1
(3)25 ℃时pH=2的草酸溶液中 = × × =
Ac(H C O )A A c(HC O-) A A c(H C O ) A Ac2(H+)A
E 2 2 4 E E 2 4 E E 2 2 4 E E
1 1
K (H C O )×K (H C O )× =6.4×10-5×5.9×10-2× ≈3.8×10-2。“沉钪”得到草酸钪的离子方
a2 2 2 4 a1 2 2 4 Ac2(H+)A A(10-2)2A
E E
学科网(北京)股份有限公司程式为
2Sc3++3H C O ===Sc (C O ) ↓+6H+。
2 2 4 2 2 4 3
(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为2Sc (C O ) +3O 2Sc O +12CO 。
2 2 4 3 2 2 3 2
(5)废酸中含钪量为15 mg·L-1,则V L废酸中含钪的质量为15×10-3 g·L-1×V L=0.015V g,所以最多
0.015V g×138
可提取Sc O 的质量为 =0.023V g。
2 3 A 45×2 A
E
9.(1)Cu 过滤
(2)2Fe2++H O +2H+===2Fe3++2H O 调节溶液的pH,使Fe3+转化为Fe(OH) 沉淀
2 2 2 3
(3)4(CoC O ·2H O)+3O 2Co O +8H O+8CO
2 4 2 2 2 3 2 2
(4)减少Li CO 的溶解损失 4.0×10-3
2 3
(5)2CO2--4e-===O↑+2CO ↑
A3E A 2 2
解析:合金废料(主要含Fe、Cu、Co、Li等,已知Co、Fe都是中等活泼金属)加入盐酸过滤得到金属M
为不与盐酸反应的铜,浸出液中加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子,加入氨水调节溶液pH,使铁
离子转化为氢氧化铁沉淀,通过操作1过滤得到的溶液A中加入草酸铵溶液沉淀钴离子,过滤得到溶
液B,溶液B主要是锂离子的溶液,加入碳酸钠沉淀锂离子,过滤得到碳酸锂,CoC O ·2H O在足量
2 4 2
空气中煅烧得到氧化钴。
(1)上述分析判断金属M为Cu,操作1为过滤操作。
(2)加入H O 的作用是氧化亚铁离子为铁离子,反应的离子方程式为2Fe2++H O +2H+===2Fe3++
2 2 2 2
2H O;加入氨水的作用是调节溶液pH,使Fe3+转化为Fe(OH) 沉淀。
2 3
(3)CoC O ·2H O 焙烧生成Co O 、CO 和水,反应的化学方程式为4(CoC O ·2H O)+3O 2Co O +
2 4 2 2 3 2 2 4 2 2 2 3
8H O+8CO 。
2 2
(4) Li CO 微溶于水,溶解度随温度升高而降低,为减少Li CO 的溶解损失,蒸发浓缩后必须趁热过
2 3 2 3
滤;90 ℃时c(Li CO )=0.10 mol·L-1,则c(Li+)=0.20 mol·L-1,c(CO2-)=0.10 mol·L-1,则
2 3 A3E A
K (Li CO )=0.20×0.20×0.10=4.0×10-3。(5) 用惰性电极电解熔融Li CO 制取锂,阳极生成两种气体,
sp 2 3 2 3
应为二氧化碳和氧气,电极反应式为
2CO2--4e-===O ↑+2CO ↑。
3A E A 2 2
10.(1)+2
(2)4FeWO +O +8NaOH2Fe O +4Na WO +4H O 粉碎矿石(或搅拌等)
4 2 2 3 2 4 2
(3)AlO-+CO +2H O===Al(OH)↓+HCO- 玻璃棒
A2EA 2 2 3 3A E A
(4)248
解析:(1)FeWO 中 O、W 分别为-2 价和+6 价,根据化合物中各元素化合价的代数和为 0 可求出
4
Fe的化合价为+2。
(2)结合题给流程图可知钨铁矿在熔融时与NaOH、O 反应生成Fe O 和钨酸钠,根据得失电子守恒、
2 2 3
原子守恒可写出反应的化学方程式为4FeWO +O +8NaOH2Fe O +4Na WO +4H O。“熔融”时为了
4 2 2 3 2 4 2
提高熔融速率,可采取的措施有将钨铁矿粉碎或搅拌等。
(3)粗钨酸钠溶液中含有少量的NaAlO 溶液,通入过量CO 时,NaAlO 与CO 、H O反应生成Al(OH)
2 2 2 2 2 3
和NaHCO 。操作Ⅰ为过滤操作,实验中需要用到引流的玻璃仪器是玻璃棒。
3
(4)结合题给流程图可知(NH ) WS 中W和S分别为+6价和-2价,根据化合价变化可知,每生成2
4 2 4
mol WS 时转移16 mol电子,则反应中转移8 mol电子时,生成1 mol WS ,其质量为(184+32×2)g·mol
2 2
-1×1 mol=248 g。
学科网(北京)股份有限公司11.(1)+3 B O2- +2H++5H O===4HBO 3Mg+B O 2B+3MgO B O
4 A7E A 2 3 3 2 3 2 3
(2)H BO +H O [B(OH) ]-+H+ H BO +OH-===[B(OH)]-
3 3 2 4 3 3 4
(3)防止MgCl 水解生成Mg(OH)
2 2
(4)碱式 99%
解析:(1)硼砂的化学式为Na B O ·10H O,钠元素化合价为+1价,氧元素化合价-2价,依据化合价
2 4 7 2
代数和为0计算得到硼元素化合价为+3价;用H SO 调pH至2~3,硼砂中的Na B O 在酸溶液中生成
2 4 2 4 7
H BO ,反应的离子方程式为B O2- +2H++5H O===4H BO ;X为H BO 晶体加热脱水的产物B O ,
3 3 4 7 2 3 3 3 3 2 3
镁和B O 反应生成氧化镁和硼,反应的化学方程式为3Mg+B O 2B+3MgO,反应中元素化合价降低
2 3 2 3
的作氧化剂,硼元素化合价由+3价变化为0价,则B O 作氧化剂。
2 3
(2)硼酸是一种一元弱酸,它与水作用时结合水电离的OH-而释放出水电离的H+,据此书写离子方程式
为H BO +H O [B(OH) ]-+H+;硼酸是一元弱酸,与氢氧化钠反应生成四羟基硼酸根,反应的
3 3 2 4
离子方程式为H BO +OH-===[B(OH)]-。
3 3 4
(3)MgCl ·7H O需要在HCl氛围中加热,是为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁。
2 2
(4)H S O 为弱酸,Na S O 溶液显碱性,据此选择滴定管应为碱式滴定管;硫代硫酸钠的物质的量为
2 2 3 2 2 3
3 1
0.30 mol·L-1×0.018 L=0.005 4 mol,根据关系式:BBI 3 ~2I 2 ~3S 2 O2 3 - E A ,n(B)= A3 EA n(S 2 O A 2 3 - E ) A =0.001 8 mol,
0.0198 g
硼的质量为11 g·mol-1×0.001 8 mol=0.019 8 g,粗硼中硼的含量为0.020 g EA ×100%=99%。
12.(1)PbSO
4
(2)会产生SO 气体,污染环境或无法反应(速率慢)等
2
(3)Zn+2Cu2++2Cl-===2CuCl↓+Zn2+
(4)促使Fe(OH) 胶体聚沉,有利于过滤分离
3
(5)2 H +Zn(OH)2-2H O+Zn+2OH-
2 A4E A 2
(6)5 1×10-11mol·L-1
解析:(5)储罐内ZnO溶解后形成Zn(OH)2-离子,发生的离子反应为2OH-+ZnO+H O===Zn(OH)2-
4 2 4
,则每溶解1 mol ZnO,需消耗2 mol KOH;电解池阳极上的H 在碱性条件下失电子氧化生成H O,
2 2
电极反应为H -2e-+2OH-===2H O,阴极上Zn(OH)2-得电子还原生成Zn,电极反应式为Zn(OH)2-
2 2 4 4
+2e-===Zn+4OH-,则电解池中的总反应离子方程式为H +Zn(OH)2-2H O+Zn+2OH-。
2 4 2
c(H+)·c(CHCOO-) c(H+)×0.10
(6)已知 K(CHCOOH)= 3 = =2.0×10-5,则 c(H+)=1×10-5mol·L-1,此时溶
a 3 c(CHCOOH) A A 0.05 A
E 3 E E E
c(H+)·c(HS-) c(H+)·c(S2-) c2(H+)·c(S2-)
液pH=5;K (H S)×K (H S)= × = =1.0×10-7×1.0×10-14,
a1 2 a2 2 A c(H S) A A c(HS-) A A c(H S) A
E 2 E E E E 2 E
其中c(H+)=1×10-5mol·L-1,c(H S)=0.10 mol·L-1,则c(S2-)=1.0×10-12 mol·L-1,此时K (ZnS)=
2 sp
1.0×10-23=c(Zn2+)·c(S2-),则
c(Zn2+)=1×10-11mol·L-1。
13.(1)Na SiO 、Na BeO BeO2-+4H+===Be2++2H O
2 3 2 2 2A E A 2
(2)②④⑤③ 增强熔融盐的导电性
(3)MnO +CuS+2H SO ===S+MnSO +CuSO +2H O
2 2 4 4 4 2
(4)Fe(OH) 8.0
3
解析:(1)由信息ⅰ知,BeO是两性氧化物,可与NaOH溶液反应,但CuS、FeS不与NaOH溶液反应,
SiO 是酸性氧化物,可与NaOH溶液反应,因此滤液A中主要成分是过量的NaOH及生成的Na SiO 、
2 2 3
学科网(北京)股份有限公司Na BeO 。由AlO-与盐酸反应可推出相应反应的离子方程式为BeO2-+4H+===Be2++2H O。
2 2 A2EA 2A E A 2
(2)先向溶液中加入过量的氨水,得到 Be(OH) 沉淀,过滤、洗涤后再将沉淀溶解在适量的盐酸中,
2
相应操作步骤为②④⑤③。BeCl 只能微弱地电离,故加入强电解质NaCl可增强熔融盐的导电性。
2
(3)由题给信息可先写出MnO +CuS+H SO S+MnSO +CuSO +H O,配平即可。
2 2 4 4 4 2
3 4.0×10-38
(4)Fe3+开始形成沉淀时c(OH-)= mol·L-1≈1.7×10-12mol·L-1,同理可求出Mn2+开始形
A 0.008 EA
成沉淀时的c(OH-)=1×10-6 mol·L-1,Cu2+开始形成沉淀时的c(OH-)=1×10-10 mol·L-1,故沉淀F
是 Fe(OH) 。为得到尽可能多的 Cu2+,溶液的 pH 越大越好,但 pH 增大过程中不应出现 Mn(OH)
3 2
沉淀,结合前面的计算知溶液的pH最大为8.0。
14.(1)Li O·Al O ·4SiO
2 2 3 2
(2)除去反应Ⅰ中过量的H SO ;控制pH,使Fe3+、Al3+完全沉淀
2 4
(3)Mg2++2OH-===Mg(OH) 2 ↓、Ca2++COA 2 3 - E A===CaCO 3 ↓
(4)热水 Li CO 在较高温度下溶解度小,用热水洗涤可减少Li CO 的溶解损耗
2 3 2 3
(5)第一次浓度过大会使部分Li+沉淀,第二次浓度大则有利于Li CO 沉淀的生成
2 3
(6)加热蒸干LiCl溶液时,有少量LiCl水解生成LiOH,LiOH受热分解生成Li O,电解时产生
2
O
2
解析:(1)硅酸盐既可以用盐的形式表示,也可以用氧化物的形式表示。在用氧化物表示时,先写活
泼金属的氧化物,再写较活泼金属的氧化物,最后写非金属的氧化物,并且要符合质量守恒定律。
LiAlSi O 可表示为Li O·Al O ·4SiO 。
2 6 2 2 3 2
(2)反应Ⅱ加入碳酸钙是为了除去反应Ⅰ中过量的H SO ;控制pH,使Fe3+、Al3+完全沉淀。
2 4
(3)根据框图中物质之间的转化关系可知,反应Ⅲ中生成沉淀 A 的离子方程式为 Mg2++2OH-
===Mg(OH) ↓、
2
Ca2++CO2-===CaCO ↓。
A3E A 3
(4)因为Li CO 的溶解度随温度的升高而降低,所以洗涤Li CO 沉淀要使用热水,这样可减少Li CO
2 3 2 3 2 3
的溶解损耗。
(5)若第一次碳酸钠溶液浓度过大,则部分 Li+会形成沉淀,而第二次碳酸钠溶液浓度大,则有利于
Li CO 沉淀的生成。
2 3
(6)因为在加热蒸干 LiCl 溶液时,有少量 LiCl 发生水解反应生成 LiOH,LiOH 受热分解生成 Li O,
2
Li O在电解时产生O 。因此电解LiCl时,阳极产生的氯气中常含有少量的O 。
2 2 2
15.(1)升高温度、搅拌、适当提高硫酸浓度等(合理即可)
MgCO +2H+===Mg2++H O+CO ↑、MgSiO +2H+===Mg2++H SiO ↓
3 2 2 3 2 3
(2)将Fe2+氧化为Fe3+,便于除铁
(3)①K [Fe(CN) ]溶液 ②KSCN溶液
3 6
(4)MgO、Mg(OH) 、MgCO 或Mg (OH) ·CO (写出一个即可) 5.0<pH<8.5
2 3 2 2 3
(5)取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,若不产生白色
沉淀,则表明已洗涤干净
解析:(1)为了加快废渣的酸溶速率,可采取的办法有升高温度、搅拌、适当提高硫酸浓度等,酸溶
时废渣中主要是碳酸镁和硅酸镁与硫酸的反应,写离子方程式时碳酸镁和硅酸镁都要保留化学式。
(2)由流程信息可知下一步是“萃取分液”除去溶液中的Fe3+,而溶液中可能含有亚铁离子,因而用双氧
学科网(北京)股份有限公司水将亚铁离子氧化为铁离子,便于除去。
(3)①检验溶液中是否含有 Fe2+的最佳试剂是 K [Fe(CN) ]溶液。②萃取分液完成后,检验水相中是否
3 6
含有Fe3+的最佳试剂是KSCN溶液。
(4)MgO、Mg(OH) 、MgCO 或Mg (OH) ·CO 均能消耗溶液中的氢离子且不引入新的杂质。根据氢氧
2 3 2 2 3
化铝的溶度积常数可知当铝离子浓度小于 1×10-6 mol·L-1 时,可计算氢氧根的浓度:c(OH-)
> 3 K sp [AlOH 3 ] = 3
1.0×10-33
=1.0×10-9 mol·L-1,即 pH 应大于 5.0,又因为 pH=8.5 时,
A cAl3+ AE A 1.0×10-6EA
Mg(OH) 开始沉淀,所以应调节pH的范围为5.0<pH<8.5。
2
(5)沉淀表面含有硫酸根离子,可以通过检验硫酸根离子判断沉淀是否洗涤干净。
16.(1)Cu S+4Fe3+===2Cu2++4Fe2++S
2
(2)CuCl+FeCl ===CuCl+FeCl
3 2 2
(3)温度高苯容易挥发
(4)b
(5)调节溶液的pH,使铁元素完全转化为Fe(OH) 沉淀 抑制Cu2+的水解
3
(6)0.2
解析:(6)该转化中Cu被氧化成Cu S,化合价升高1价,CuFeS 被还原成Cu S,化合价降低1价,
2 2 2
根据电子守恒可知答案为0.2。
17.(1)Ca2+、Mn2+
(2)除去过量的碳酸钠,避免蒸发浓缩时析出碳酸锂
(3)Mg(OH) 和盐酸反应可生成MgCl 溶液,在HCl气流中蒸发MgCl 溶液得到无水MgCl
2 2 2 2
(4)0.18 mol·L-1
(5)减少碳酸锂在洗涤过程中的损失 过滤速率快,得到的沉淀较干燥
(6)2Li CO +4CoCO +O 4LiCoO +6CO
2 3 3 2 2 2
解析:海水中含较大浓度的LiCl及少量MgCl 、CaCl 、MnCl 等,加入纯碱,得到CaCO 、MnCO 、
2 2 2 3 3
MgCO 等沉淀,滤液中主要含LiCl、NaCl及过量的Na CO ,则向滤液中加入盐酸调节溶液pH,目
3 2 3
的是除去过量的碳酸钠,防止蒸发浓缩时生成 Li CO ;蒸发浓缩、再次除杂后,向滤液中加入纯碱
2 3
得到Li CO 沉淀,将Li CO 、CoCO 、O 混合加热反应生成LiCoO 和CO 。
2 3 2 3 3 2 2 2
(1)结合已知①知“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2+和Ca2+、Mn2+。
(2)Mg(OH) 和盐酸反应可生成MgCl 溶液,MgCl 为强酸弱碱盐,直接加热MgCl 溶液会促使MgCl
2 2 2 2 2
水解生成Mg(OH) 和HCl,为抑制MgCl 水解,需在HCl气流中蒸发MgCl 溶液。
2 2 2
1.295
(4)20 ℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295 g,则饱和溶液中碳酸锂的质量分数为 ×100%,饱
A101.295A
E
1.295
1000×1.0148× ×100%
1000ρw A101.295A
和溶液密度为1.014 8 g·cm-3,则其中Li CO 的物质的量浓度为 =
2 3 A M A EA 74
E E E
mol·L-1≈0.18 mol·L-1。(5)Li CO 微溶于热水,可溶于冷水,故“热水洗涤”可减少碳酸锂在洗涤过程
A 2 3
学科网(北京)股份有限公司中的损失。图示为减压过滤装置,该装置可加快过滤速率,减少温度降低后碳酸锂溶于冷水中的损失,
且该装置所得固体较干燥。
(6)由题意知,“合成”工序中Li CO 、CoCO 、O 在高温条件下反应生成LiCoO 和CO ,化学方程式
2 3 3 2 2 2
为2Li CO +4CoCO +O 4LiCoO +6CO 。
2 3 3 2 2 2
18.(1)AgCl、PbCl
2
(2)2BiOCl+2NaOHBi O +2NaCl+H O
2 3 2
(3)3Cu2++2H O+2Cl-===Cu (OCl) ↓+4H+ 97.6%
2 3 2
(4)浸出
解析:(1)根据工艺流程图分析可知,铋渣中加入盐酸和饱和NaCl溶液,滤渣Ⅰ的成分是AgCl和PbCl 。
2
(2)“脱氯”时,BiOCl与热的NaOH反应得到Bi O 和NaCl,反应的化学方程式为2BiOCl+2NaOHBi O
2 3 2 3
+2NaCl+H O。
2
(3)“沉铜”时,向滤液Ⅱ中加入NaOH溶液调节pH,促进Cu2+水解生成Cu (OCl) ,反应的离子方程式
3 2
为3Cu2++2H O+2Cl-===Cu (OCl) ↓+4H+,加入等体积的NaOH溶液时,pH=6,溶液中c(H+)=
2 3 2
10-6mol·L-1,则
c(OH-)=10-8mol·L-1,由于K [Cu(OH) ]=c(Cu2+)·c2(OH-),则c(Cu2+)=0.000 12 mol·L-1,n(Cu2
sp 2
+)=0.000 12 mol·L-1×2V L=0.000 24V mol,则去除的Cu2+的物质的量为0.01V mol-0.000 24V mol=
0.009 76V
0.009 76V mol,Cu2+的去除率为 ×100%=97.6%。
A 0.01V A
E
(4)滤液Ⅲ为NaCl溶液,经加热浓缩后可返回浸出工序循环使用。
学科网(北京)股份有限公司