(一)工業(yè)流程題的結(jié)構(gòu)
(二)流程圖中主要環(huán)節(jié)的分析
1.核心反應(yīng)——陌生方程式的書寫關(guān)注箭頭的指向:箭頭指入→反應(yīng)物,箭頭指出→生成物。(1)氧化還原反應(yīng):熟練應(yīng)用氧化還原規(guī)律判斷產(chǎn)物,并根據(jù)化合價(jià)升降相等配平。(2)非氧化還原反應(yīng):結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)際反應(yīng)判斷產(chǎn)物。
2.原料的預(yù)處理(1)溶解:通常用酸溶,如用硫酸、鹽酸等。
(2)灼燒、焙燒、煅燒:改變結(jié)構(gòu),使一些物質(zhì)能溶解,并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解。(3)審題時(shí)要“瞻前顧后”,注意物質(zhì)性質(zhì)及反應(yīng)原理的前后聯(lián)系。
3.常用的控制反應(yīng)條件的方法(1)調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn):①能與H+反應(yīng),使溶液pH增大;②不引入新雜質(zhì)。例如:若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。(2)控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫,改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動(dòng)。(3)趁熱過濾。防止某些物質(zhì)降溫時(shí)析出。(4)冰水洗滌。洗去晶體表面的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。
4.常用的分離方法(1)過濾:分離難溶物和易溶物,根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。(2)萃取和分液:利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì),如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸發(fā)結(jié)晶:提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì),如從溶液中提取NaCl。(4)冷卻結(jié)晶:提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。(5)蒸餾或分餾:分離沸點(diǎn)不同且互溶的液體混合物,如分離乙醇和甘油。(6)冷卻法:利用氣體液化的特點(diǎn)分離氣體,如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣。
一、條件控制與Ksp的計(jì)算
1.(溫度控制)輝銅礦石主要含有硫化亞銅(Cu2S)及少量脈石(SiO2)。一種以輝銅礦石為原料制備硝酸銅的工藝流程如圖所示:
(1)“回收S”過程中溫度控制在50~60 ℃之間,不宜過高或過低的原因是______________________________________。
容易揮發(fā),溫度低溶解速率小
苯是有機(jī)溶劑,易揮發(fā),所以溫度高苯容易揮發(fā),而溫度低溶解速率小,因此回收S過程中溫度控制在50~60 ℃之間,不宜過高或過低。
(2)“保溫除鐵”過程中,加入CuO的目的是_______________________________________________;“蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶”過程中,要用HNO3溶液調(diào)節(jié)溶液的pH,其理由是_________________。
調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為
氧化銅是堿性氧化物,能與酸反應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH,所以氧化銅的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而析出。
2.(酸堿度控制——調(diào)pH)利用某鈷礦石(主要成分為C2O3)制取C(OH)2粗品及其他工業(yè)產(chǎn)品的工藝流程如圖1所示。
已知:浸出液中含有的陽(yáng)離子主要有H+、Cu2+、C2+、Fe2+、Mg2+?;卮鹣铝袉栴}:(1)鈷礦石浸出時(shí)加入Na2SO3的目的為___________________。
(2)溶液中l(wèi)g c(X)(X表示Fe3+、Cu2+、Fe2+、C2+、Mg2+、Ca2+)與pH的變化關(guān)系如圖2所示(離子濃度小于10-5 ml·L-1時(shí)可認(rèn)為已除盡),在萃取余液中通入空氣的目的是___________________________________,用熟石灰調(diào)pH至3.2,過濾1所得濾渣的主要成分為_________,萃取和反萃取的目的是___________。
氧化浸出液中的Fe2+,便于調(diào)pH除去
(3)用氧化鎂調(diào)濾液1的pH為9.1時(shí),得到的氫氧化鈷粗品中含有的主要雜質(zhì)為________________,多次洗滌可提高粗產(chǎn)品中鈷含量?!斑^濾2”后所得濾液直接排放會(huì)造成水體污染,須進(jìn)行處理,用熟石灰調(diào)節(jié)pH使c(Mg2+)≤10-5 ml·L-1,則Ksp[Mg(OH)2]=________。
CaSO4、MgSO4
3.(調(diào)pH與Ksp計(jì)算)某廢釩渣(主要成分為V2O3,含有少量Al2O3、CaO)為原料生產(chǎn)V2O5的工藝流程如圖:已知:釩酸(H3VO4)是強(qiáng)酸,NH4VO3難溶于水;+5價(jià)釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關(guān)系如表:
(1)向釩渣中加入生石灰焙燒,將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2的化學(xué)方程式為_________________________________。
廢釩渣中加入CaO焙燒,V2O3與CaO、空氣中的氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2,Al2O3與CaO反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Ca(AlO2)2,向焙燒后的固體中加入鹽酸,Ca(AlO2)2轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀,過濾得到含有Al(OH)3的濾渣1和含有CaCl2、VO2Cl的濾液;向?yàn)V液中加入石灰乳,調(diào)節(jié)pH,生成Ca3(VO4)2沉淀,過濾得到濾液1和Ca3(VO4)2;向Ca3(VO4)2中加入碳酸銨溶液,將Ca3(VO4)2轉(zhuǎn)化為(NH4)3VO4,過濾得到含有CaCO3的濾渣2和含有(NH4)3VO4的濾液;向?yàn)V液中加入氯化銨,將(NH4)3VO4轉(zhuǎn)化為NH4VO3沉淀,過濾得到濾液2和NH4VO3;NH4VO3灼燒脫氨制得V2O5。
向釩渣中加入生石灰焙燒,V2O3與CaO、氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2,反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaO+O2+V2O3 Ca(VO3)2。
(2)已知Ca(VO3)2難溶于水,可溶于鹽酸。若“酸浸”時(shí)溶液的pH=4,則Ca(VO3)2溶于鹽酸的離子方程式為________________________________________。
(3)已知加入石灰乳后生成Ca3(VO4)2沉淀,則加入石灰乳的作用是_________________________________________________。
并提供Ca2+形成Ca3(VO4)2沉淀
(5)沉釩2過程中加入氯化銨溶液,控制溶液的pH=7.5,當(dāng)pH>8時(shí),NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低,原因是______________________________________。
二、化工流程分析濾液、濾渣成分的確定
4.(2022·湖南岳陽(yáng)模擬)錳常用于制造合金錳鋼。某化工廠以軟錳礦(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3、CaO等少量雜質(zhì))為主要原料制取金屬錳的工藝流程如圖1所示。
(1)“浸錳”步驟中往往有副產(chǎn)物MnS2O6生成,溫度對(duì)“浸錳”反應(yīng)的影響如圖2所示。為減少M(fèi)nS2O6的生成,“浸錳”的適宜溫度是________,“濾渣Ⅰ”的成分是_____________(填化學(xué)式)。該步驟中可以再加入MnSO4以促進(jìn)“濾渣Ⅰ”析出,結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析其原因:_________________________________________________________________________。
正向移動(dòng),促進(jìn)CaSO4析出
(2)“濾液Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反應(yīng)后再調(diào)pH,寫出加入MnO2時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:__________________________________________。(3)“濾液Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2+,已知25 ℃時(shí),Ksp(CaF2)=3.2×10-11,則常溫下CaF2在純水中的溶解度為___________g。
MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O
常溫下CaF2溶解在純水中,則溶液中2c(Ca2+)=c(F-),由Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F-)可知,Ksp(CaF2)=4c3(Ca2+)=3.2×10-11,解得c(Ca2+)=2×10-4 ml·L-1,則飽和CaF2溶液中c(CaF2)=c(Ca2+)=2×10-4 ml·L-1,則常溫下CaF2在純水中的溶解度為1.56×10-3 g。
5.以硫酸渣(含F(xiàn)e2O3、SiO2等)為原料制備鐵黃(FeOOH)的一種工藝流程如圖:
(1)“酸溶”中加快溶解的方法為________________________________(任意寫出一種)。(2)“還原”過程中的離子方程式為___________________。(3)寫出“濾渣”中主要成分的化學(xué)式:___________。
加熱(或攪拌或適當(dāng)增大硫酸濃度等)
Fe+2Fe3+===3Fe2+
(4)①“沉鐵”過程中生成Fe(OH)2的化學(xué)方程式為__________________________________________________。②若用CaCO3“沉鐵”,則生成FeCO3沉淀。當(dāng)反應(yīng)完成時(shí),溶液中 =____。[已知Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,Ksp(FeCO3)=2×10-11]
FeSO4+2NH4HCO3===Fe(OH)2↓
+(NH4)2SO4+2CO2↑
(5)“氧化”時(shí),用NaNO2濃溶液代替空氣氧化Fe(OH)2漿液,能縮短氧化時(shí)間,但缺點(diǎn)是___________________________________。
NaNO2被還原為氮氧化物,污染空氣
6.鈧及其化合物具有許多優(yōu)良的性能,在宇航、電子、超導(dǎo)等方面有著廣泛的應(yīng)用。從鈦白工業(yè)廢酸(含鈧、鈦、鐵、錳等離子)中提取氧化鈧(Sc2O3)的一種流程如圖:
回答下列問題:(1)洗滌“油相”可除去大量的鈦離子。洗滌水是用93%的硫酸、27.5%的雙氧水和水按一定比例混合而成?;旌系膶?shí)驗(yàn)操作是__________________________________________________________________________________________。
將濃硫酸沿?zé)瓋?nèi)壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不斷攪拌,冷卻后再慢慢注入雙氧水中,并不斷攪拌
在混合不同的液體時(shí),一般先加密度較小、易揮發(fā)的,后加密度大、難揮發(fā)的,若混合時(shí)放熱,則最后加受熱易分解的。
(2)先加入氨水調(diào)節(jié)pH=3,過濾,濾渣主要成分是_________;再向?yàn)V液中加入氨水調(diào)節(jié)pH=6,濾液中Sc3+的濃度為________________。(已知:25 ℃時(shí),Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13,Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39,Ksp[Sc(OH)3]=9.0×10-31)
9.0×10-7ml·L-1
(3)用草酸“沉鈧”。25 ℃時(shí)pH=2的草酸溶液中 =___________(保留兩位有效數(shù)字)。寫出“沉鈧”得到草酸鈧的離子方程式:__________________________________。[已知:25 ℃時(shí),Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2,Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5]
2Sc3++3H2C2O4===Sc2(C2O4)3↓
1.(2022·遼寧,16)某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3,含有FeS2、SiO2雜質(zhì))與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯(lián)合焙燒法制備BiOCl和MnSO4,工藝流程如下:
已知:①焙燒時(shí)過量的MnO2分解為Mn2O3,F(xiàn)eS2轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3;②金屬活動(dòng)性:Fe>(H)>Bi>Cu;③相關(guān)金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下:
回答下列問題:(1)為提高焙燒效率,可采取的措施為_____。a.進(jìn)一步粉碎礦石b.鼓入適當(dāng)過量的空氣c.降低焙燒溫度
聯(lián)合焙燒時(shí),進(jìn)一步粉碎礦石,可以增大礦石與空氣的接觸面積,能夠提高焙燒效率,選項(xiàng)a符合題意;鼓入適當(dāng)過量的空氣有利于礦石充分反應(yīng),選項(xiàng)b符合題意;降低焙燒溫度,反應(yīng)速率減慢,不利于提高焙燒效率,選項(xiàng)c不符合題意。
(2)Bi2S3在空氣中單獨(dú)焙燒生成Bi2O3,反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________。
Bi2S3在空氣中單獨(dú)焙燒生成Bi2O3,根據(jù)原子守恒可知還應(yīng)生成SO2,結(jié)合得失電子守恒,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Bi2S3+9O2 2Bi2O3+6SO2。
(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為:①充分浸出Bi3+和Mn2+;②_________________。
加入濃鹽酸后,溶液中含有的離子主要為Bi3+、Fe3+、Mn2+、H+、Cl-,而酸浸后取濾液進(jìn)行轉(zhuǎn)化,故要防止金屬離子水解生成沉淀,進(jìn)入濾渣,造成制得的BiOCl產(chǎn)率偏低。
(4)濾渣的主要成分為______(填化學(xué)式)。
濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2。
(5)生成氣體A的離子方程式為____________________________________________。
Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O
因Mn2O3有氧化性,會(huì)與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng):Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O。
(6)加入金屬Bi的目的是__________________。
將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+
由已知信息③知,調(diào)pH=2.6時(shí),F(xiàn)e3+會(huì)水解生成Fe(OH)3沉淀,但Fe2+還沒開始沉淀,故要將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+,在調(diào)pH后獲得含F(xiàn)eCl2的濾液,為了不引入新的雜質(zhì),加入Bi作還原劑。
2.(2022·全國(guó)乙卷,26)廢舊鉛蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb,還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等,為了保護(hù)環(huán)境、充分利用鉛資源,通過下圖流程實(shí)現(xiàn)鉛的回收。
一些難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)如下表:
一定條件下,一些金屬氫氧化物沉淀時(shí)的pH如下表:
回答下列問題:(1)在“脫硫”中PbSO4轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________,用沉淀溶解平衡原理解釋選擇Na2CO3的原因: ______________________
_________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)在“脫硫”中,加入Na2CO3不能使鉛膏中BaSO4完全轉(zhuǎn)化,原因是______________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________ 。
(3)在“酸浸”中,除加入醋酸(HAc),還要加入H2O2。(ⅰ)能被H2O2氧化的離子是______;
過氧化氫有氧化性,亞鐵離子有還原性,會(huì)被過氧化氫氧化為鐵離子。
(ⅱ)H2O2促進(jìn)了金屬Pb在醋酸中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,其化學(xué)方程式為____________________________________;
Pb+H2O2+2HAc
過氧化氫促進(jìn)金屬Pb在醋酸溶液中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,過氧化氫與Pb、HAc發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Pb(Ac)2和H2O,依據(jù)得失電子守恒和原子守恒可知,反應(yīng)的化學(xué)方程式為Pb+H2O2+2HAc===Pb(Ac)2+2H2O。
===Pb(Ac)2+2H2O
(ⅲ)H2O2也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,H2O2的作用是___________。
過氧化氫也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,鉛元素化合價(jià)由+4價(jià)降低到+2價(jià),PbO2是氧化劑,則過氧化氫是還原劑。
(4)“酸浸”后溶液的pH約為4.9,濾渣的主要成分是__________________。
Fe(OH)3、Al(OH)3
酸浸后溶液的pH約為4.9,依據(jù)金屬氫氧化物沉淀時(shí)的pH可知,濾渣的主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵。
(5)“沉鉛”的濾液中,金屬離子有____________。
加入碳酸鈉不能使鉛膏中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化,鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀,鉛轉(zhuǎn)化為氫氧化鉛,最終轉(zhuǎn)化為氧化鉛,因此沉鉛的濾液中,金屬離子有Ba2+和加入碳酸鈉、氫氧化鈉時(shí)引入的Na+。
3.(2022·山東滕州二中模擬)富硼渣中含有鎂硼酸鹽(2MgO·B2O3)、鎂硅酸鹽(2MgO·SiO2)及少量Al2O3、FeO等雜質(zhì)。由富硼渣濕法制備硫酸鎂晶體和硼酸(H3BO3)晶體的一種工藝流程如下:
已知:生成氫氧化物沉淀的pH(金屬離子的起始濃度為0.1 ml·L-1)
(1)酸浸時(shí)發(fā)生反應(yīng):2MgO·SiO2+2H2SO4===2MgSO4+SiO2+2H2O,2MgO·B2O3+2H2SO4+H2O===2H3BO3+2MgSO4。①上述反應(yīng)體現(xiàn)出酸性強(qiáng)弱:H2SO4____(填“>”或“<”)H3BO3。
2MgO·B2O3+2H2SO4+H2O===2H3BO3+2MgSO4,根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸可知,酸性:H2SO4>H3BO3;
由于非金屬性:B

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