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专题10 化工流程大题1.某科研课题小组研究利用含H+、Na+、Zn+、Mn2+、Fe2+、Fe3+、SO42的工业废电解质溶液，制备高纯的ZnO、MnO2、Fe2O3，设计出如下实验流程：回答下列问题:(1)加入双氧水的目的是_。(2)第一次调pH使Fe3+完全沉淀，写出反应的离子方程式_。(3)第二次调pH前，科研小组成员分析此时的溶液，得到相关数据见下表(表中金属离子沉淀完全时，其浓度为1105mol/L)。为防止Mn2+也同时沉淀造成产品不纯，最终选择将溶液的pH控制为7，则此时溶液中Zn2+的沉淀率为_，利用滤渣制备高纯的ZnO时，必然含有极其微量的_(以物质的化学式表示)。(4)已知常温下，Ksp(MnS)=3.01014、Ksp(ZnS)=1.51024。在除锌时发生沉淀转化反应为：MnS(s)+Zn2+(aq)ZnS(s)+Mn2+(aq)，其平衡常数K=_。(5)沉锰反应在酸性条件下完成，写出该反应的离子方程式_。【答案】(1). 将Fe2+氧化为Fe3+ (2). Fe3+3OH-=Fe(OH)3 (3). 99% (4). Fe2O3 (5). 21010 (6). Mn2+S2O82-+2H2O=MnO2+2SO42-+4H+第一次调pH使Fe3+完全沉淀时，有及其少量的Fe3+存在，所以利用滤渣制备高纯的ZnO时，必然含有极其微量的Fe2O3。 (4)、MnS(s)= Mn2+(aq)+ S2- (aq) Ksp(MnS)=3.01014、ZnS(s)= Zn2+(aq) + S2- (aq) Ksp(ZnS)=1.51024，在除锌时发生沉淀转化反应为：MnS(s)+Zn2+(aq)ZnS(s)+Mn2+(aq)，其平衡常数K=3.01014/1.51024=21010； （2）对于固体参加的反应来说，固体表面积越大，反应速率越大，“焙烧”前将矿石粉碎成细颗粒可增大固体表面积，提高原料的利用率。（3）在生产过程中，酸浸中会产生大量黄绿色气体，说明Ce4+离子具有强氧化性，可将Cl-氧化为Cl2，离子方程式为：2CeO2+2Cl-+8H+=2Ce3+Cl2+4H2O4. 中科院张涛院士的研究团队研究发现纳米ZnO可作为一些催化剂的载体。如图是通过锌精矿（主要成分ZnS）与软锰矿（主要成分为MnO2）酸性共融法制备纳米ZnO及MnO2的工艺流程。回答下列问题：（1）“酸浸”时，锌、锰离子浸出率与溶液温度关系如图1所示。当锌、锰离子浸出效果最佳时，所采用的最适宜温度为。（2）写出酸浸时ZnS与MnO2发生的主要化学反应方程式（无单质硫生成）。（3）P5O7（酸性磷酸酯）作萃取剂分离锌、锰离子时，溶液的初始pH与分离系数关系如下表所示：初始PH1.01.52.02.53.03.54.04.5锌锰粒子分离系数7.648.839.9711.2112.1013.1713.3611.75已知：分离系数越大，分离效果越好；萃取剂P5O7是一种不溶于水的淡黄色透明油状液体，属于酸性萃取剂。试分析初始。PH4.0时，锌锰离子分离系数降低的原因是 。（4）（NH4）2S2O8是一种强氧化剂，能与Mn2+反应生成紫色MnO4-和SO42-用（NH4）2S2O8检验水相中的Mn2+时发生反应的离子方程式为 （5）二氧化锰广泛用于电池。一种海水中的“水”电池的电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl电池放电时，负极的反应式为 。（6）电解尿素的碱性溶液制取N2和H2的装置如图2所示。（电解池中的隔膜仅阻止气体通过，两电极都是惰性电极）A电极的名称为 ，若起始时加入电解池的原料配比:n(KOH)/n(CO(NH2)2)=3,完全反应后，电解排出液中n(OH-)/n(CO32-)= 【答案】95；ZnS+4MnO2+4H2SO4=ZnSO4+4MnSO4+4H2O; 锌离子与锰离子水解程度变大；5S2O82-+2Mn2+8H2O=2MnO4-+10SO42-+16H+;Ag+Cl-e-=AgCl；阳极；1：1（2）ZnS与MnO2在硫酸溶液中反应生成硫酸锌、硫酸锰和水，反应的化学方程式为：ZnS+4MnO2+4H2SO4=ZnSO4+4MnSO4+4H2O；（3）锌离子和锰离子属于弱碱阳离子，在溶液中会发生水解，pH过大时，锌离子与锰离子水解程度变大，锌锰离子分离系数降低； （3）硝酸有氧化性，会氧化Na2SO3，且会引入杂质NO3-，为保证最后得到纯净的硫酸钠，酸C为硫酸，不能选用硝酸等其他酸溶液。酸化后Cr2O2-7可被SO32-还原成Cr3+， SO32-变为SO42-，离子方程式为：3SO32-+2Cr2O72-+8H+=2Cr3+3SO42-+4H2O；根据该反应可知，SO32-在反应中失去电子，所以负极电极反应为：SO322e-+H2O=SO42-+2H+。6随着材料科学的发展,金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用,并被誉为“合金的维生素”.为了回收利用含钒催化剂（V2O5 、VOSO4及不溶性杂质),科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺.该工艺的主要流程如图所示:已知:部分含钒物质在水中的溶解性:物质V2O5VOSO4NH4VO3(VO2)2SO4溶解性难溶可溶难溶易溶请回答下列问题:(1)由V2O5冶炼金属钒采用铝热剂法,反应的化学方程式为 (2) V2O5通常用作为反应2SO2+O22SO3的理想催化剂,其催化的机理可能是加热时可逆地失去氧的原因,其过程可用两个化学方程式表示: ;4V+5O22V2O5(3)反应(1)的目的是 (4)将滤液1与滤液2混合后用氯酸钾氧化,氯元素被还原为最低价,其反应的离子方程式为: (5)反应(3)的沉淀率(又称沉钒率)是回收钒的关系步骤,沉钒必须控制合适的温度和pH,观察1图,沉钒的最适宜条件是 (填字母代号).A.pH 22,5,95 B.pH 4-4.5 85, C.pH4.5-5, 85 D.pH 3-3.5 75, (6)反应(4)在NH4VO3的焙烧过程中,固体质量的减少值(纵坐标)随温度变化的曲线如2图所示,则其分解过程中 (填字母代号).A.先分解失去H2O,再分解失去NH3 B.先分解失去NH3,再分解失去H2OC.同时分解失去H2O和NH3D.同时分解失去H2和N2和H2O(7)锂钒氧化物Li-V2O5非水电池的能量密度远远超过其他材料电池,其总反应式为xLi+V2O5=LixV2O5,则该电池工作时的正极反应式为 【答案】3V2O5+10Al=6V+5Al2O3 5SO2+ V2O5=5SO3+2V 将V2O5转化为可溶性的VOSO4 ClO3-+6VO2+3H2O=6VO2+6H+Cl- A B V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5【解析】 (4)含VOSO4的滤液1与主要成分是VOSO4滤液2混合后用氯酸钾氧化,使VOSO4氧化成完全电离可溶于水的(VO2)2SO4,氯元素被还原为Cl-,根据化合价的升降写出离子离子方程式.因此，本题正确答案是: ClO3-+6VO2+3H2O=6VO2+6H+Cl-;(5)根据图1分析坐标系中的表示含义,看图沉矾率最大在pH2.0-2.5,95;因此，本题正确答案是:A; C(NH4+)+c(H+)=2c（SO42-）+C(OH-),25时,pH=7是显中性的溶液,故c(H+)= c(OH-),所以C(NH4+)=2c（SO42-）；9细菌冶金是近年来新兴的绿色冶金工艺,它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和炉渣等,以回收某些贵重有色金属和稀有金属,节约矿产资源,最大限度地利用矿藏的一种冶金方法.其中细菌冶铜的生产流程为:(1)上述生产流程中有两步都涉及了同一种分离方法,实验室中不能用这种分离方法来分离液态胶体的原因是 (2)莫尔盐是一种标定氧化剂浓度的基准物质.在溶液B中加入(NH4)2SO4晶体析出莫尔盐的原因 (3)在溶液A中加入铁屑,反应后若固体中只有Cu,则所得的溶液中一定含有的阳离子是 不可能含有的阳离子是 (4)写出CuSFeS在氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans,简写为T f)作用下被空气氧化生成溶液A的离子方程式 (5)氧化亚铜可用作船底防污漆,以杀死低级海生动物而保护船体,可用作陶瓷和搪瓷的着色剂和红色玻璃的染色剂,氧化亚铜也是一种重要的半导体材料.请用浓的强碱性溶液,根据2Cu+H2O=Cu2O+H2反应,设计出工业生产氧化亚铜的一种方法(只要求画实验装置图,其他必要材料任选)【答案】胶体的分散质(或胶体粒子)能通过滤纸孔隙,反应体系中莫尔盐的溶解度最小;Fe2+ Fe3+4CuSFeS+17O2+4H+=4Cu2+4Fe3+8SO42-+2H2O【解析】向黄铜矿粉中加入稀硫酸、氧化亚铁硫杆菌、空气,发生反应,离子方程式为4CuSFeS+17O2+4H+=4Cu2+4Fe3+8SO42-+2H2O,向溶液A中加入铁屑,发生反应Cu2+Fe=Fe2+Cu、2Fe3+Fe=3Fe2+,然后过滤得到Cu和溶液,向溶液中加入(NH4)2SO4,然后蒸发浓缩、冷却结晶得到莫尔盐,(1)上述生产流程中有两步都涉及了同一种分离方法为过滤,难溶性固体不能透过滤纸和半透膜,胶体能透过滤纸但不能透过半透膜,所以实验室中不能用过量分离方法来分离液态胶体； （2）三氧化钼与强碱溶液反应生成Na2MoO4和H2O，反应的离子方程式为：MoO3+2OH-=MoO42-+H2O。（3）根据流程图看出，辉钼矿在氧气中灼烧生成MoO3，化学方程式为：2MoS2+7O2=2MoO3+4SO2。12.二硫化钼（MoS2）被誉为“固体润滑剂之王”，利用低品质的辉钼矿（含MoS2 、SiO2以及CuFeS2等杂质）制备高纯二硫化钼的一种生产工艺如图：回答下列问题：（1）钼酸铵的化学式为(NH4)2MoO4，其中Mo的化合价为。（2）利用联合浸出除杂时，氢氟酸可除去的杂质化学式为，如改用FeCl3溶液氧化浸出，CuFeS2杂质的浸出效果更好，写出氧化浸出时发生的化学反应方程式。（3）加入Na2S后，钼酸铵转化为硫代钼酸铵(NH4)2MoO4，写出(NH4)2MoO4与盐酸生成MoS3沉淀的离子反应方程式。（4）由图分析产生三硫化钼沉淀的流程中应选择的最优温度和时间是。利用化学平衡原理分析低于或高于最优温度时，MoS3的产率均下降的原因：。（5）高纯MoS2中自然会存在极微量杂质，如非整比晶体MoS2.8，则该杂质中Mo4+与Mo6+的物质的量之比为。（6）已知Ksp(BaSO4)=1.110-10, Ksp(BaMoO4)=410-8，钼酸钠品体（NaMoO42H2O）是新型的金属缓蚀剂，不纯的钼酸钠溶液中若含少量可溶性硫酸盐杂质，可加入Ba(OH)2固体除去SO42-（溶液体积变化忽略），则当BaMoO4开始沉淀时，溶液中的c(MoO42-)/c(SO42-)（结果保留2位有效数字）。【答案】（1）+6（1分）（2）SiO2（1分）；4FeCl3+ CuFeS2= 5FeCl2+CuCl2+2S（3）MoO42-+2H+=MoS3+H2S（4）40,30min；温度太低不利于H2S逸出；温度太高，盐酸挥发，溶液c(H+)下降，都不利于反应正向进行（5）1:4（6）3.6102（3） (NH4)2MoO4在溶液中应该电离出铵根离子和MoO42-，MoO42-与盐酸的氢离子作用生成MoS3，则另外的生成物只能是H2S气体，所以离子反应方程式为：MoO42-+2H+=MoS3+H2S。 15. 高氯酸铵（NH4ClO4）可用作火箭推进剂等。制备（NH4ClO4的工艺流程如图所示：（1）电解NaClO3溶液时，ClO3-在极发生反应，其电极反应式为。（2）“除杂”有两种方案。方案1：加入盐酸和H2O2溶液，NaClO3转化为ClO2，化学方程式为。方案2：加入氨水和FeCl24H2O， NaClO3转化为Cl-，离子方程式为。如果FeCl24H2O过量会出现黑色磁性沉淀，该沉淀可能是。（填化学式）比较氧化性：ClO3-ClO4-（填“”或“ 操作步骤简单（或过量的H2O2易除去等合理答案）（1分）（3）浓盐酸和液氨的反应为放热反应。（1分）（4）NaCl（3）因为浓盐酸与液氨会反应放出大量热，所以不用加热。（4）由流程图可知NaCl是可以循环利用的。16. KIO3是我国规定的食盐补碘剂，利用“KClO3氧化法”可制备KIO3，流程如下：已知：“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。(1)KIO3所含的化学键有_。(2)逐出的Cl2可用_检验；“滤液”中的溶质主要是_；“调pH”中所用的试剂是_。(3)已知KIO3在水中的溶解度随温度升高而增大，则操作I包含的操作应该是_、_、过滤。(4)为测定“加碘食盐”中碘元素含量：称取50.000g食盐，配成250mL溶液；量取25.00mL溶液于锥形瓶中，加入足量KI，并用少量稀硫酸酸化，使KIO3与KI反应完全；以淀粉为指示剂，用2.010-4mol/L的Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液体积为30.00mL。已知：KIO3+KI+H2SO4K2SO4+I2+H2O(未配平)，2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI。测定过程中，所需仪器在使用前必须检查是否漏液的有_。(5)判断滴定终点的依据是_。(6)配平：KIO3+KI+H2SO4K2SO4+I2+H2O _ (7)该食盐中碘元素的含量是_mg/kg。【答案】 (1). 离子键和共价键 (2). 湿润的KI淀粉试纸检验 (3). KCl (4). KOH溶液 (5). 蒸发浓缩 (6). 冷却结晶 (7). 容量瓶、滴定管 (8). 溶液由蓝色变成无色，且30秒内无变化 (9). KIO3+5KI+3H2SO43K2SO4+3I2+3H2O (10). 25.4(3)已知KIO3在水中的溶解度随温度升高而增大，则操作I包含的操作应该是蒸发浓缩 、冷却结晶 、过滤。(4) 测定“加碘食盐”中碘元素含量操作中使用了容量瓶和滴定管,使用前必须检查是否漏水；(5)碘与淀粉相遇，溶液显蓝色，当滴加最后一滴Na2S2O3溶液后，溶液由蓝色变成无色，且30秒内无变化，达到滴定终点； (6) KIO3I2，碘元素由+5降低到0价；KII2，碘元素由-1价升高到0价；根据氧化还原反应化学价升降总数相等规律可知，KIO3填系数1，KI填系数5，再根据原子守恒配平其他物质系数，具体为：KIO3+5KI+3H2SO4=3K2SO4+6I2+3H2O；17.氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。以菱镁矿(主要成分为(MgCO3，舍少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：（1）通入O2氧化时，发生反应的离子方程式为_。（2）滤渣2的成分是_（填化学式）（3）流程图中“操作步骤”为、过滤等操作，得到MgSO47H2O晶体。对MgSO47H2O晶体直接加热（填“能”或“不能”）得到无水MgSO4固体。（4）长时间加热MgCO3悬浊液后生成Mg(OH)2，该反应的化学方程式为。（5）已知酸碱指示剂百里酚蓝变色的pH范围如表所示：pH 9.6颜色黄色绿色蓝色25时，向Mg(OH)2的饱和溶液中滴加2滴百里酚蓝指示剂，溶液所呈现的颜色为25时，Mg(OH)2的溶度积Ksp=5.610-12）。（6）煅烧过程存在以下反应：2MgSO4+C2MgO+2SO2+CO2； MgSO4+CMgO+SO2+CO；MgSO4+3CMgO+S+3CO。若在实验室中煅烧硫酸镁，需要的仪器除酒精灯、三脚架以外，还需要。A蒸发皿B坩埚C泥三角D石棉网用下列实验装置检验煅烧产生的气体中含有SO2、CO2气体（加热装置略去，部分装置可以重复使用）。正确的连接顺序是ab（按接口连接）。B中盛放的试剂是，确定存在二氧化碳气体的实验现象是。【答案】（1）4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2 H2O（2分） （2）Fe(OH)3（2分）（3）蒸发浓缩、冷却结晶 （2分，少选一个扣1分）能 （1分）（4）MgCO3+H2O= Mg(OH)2+CO2（2分）（5）蓝色（2分）（6）BC （2分，少选一个扣1分）dcabfge（或dcfge）（2分，少选、错选不得分）酸性高锰酸钾溶液（2分）后A中品红不褪色，澄清石灰水变浑浊（或B中颜色变浅，澄清石灰水变浑浊）（2分）【解析】（1）菱镁矿与硫酸反应生成Fe2+，通入氧气，把Fe2+氧化为Fe3+，离子方程式为：4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2 H2O (2) PbSO4不溶于硫酸的固体，CuS不溶于稀硫酸的固体；因此从流程可以看出，样品经过酸浸后，“浸渣1”中除铋的化合物外，还有的物质是CuS、PbSO4；(3) “浸液1”中含有锌离子、铁离子、铜离子，加入过量锌粉，锌能够与铁离子、铜离子反应生成铁和铜，确保Fe、Cu元素被完全除尽；反应完毕后，过滤，从滤液中得到ZnSO47H2O晶体的操作有加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。19. I、下图是全钒液流电池的示意图该电池充放电的总反应式为：请回答下列问题：（1）充电时的阴极反应式为_，阳极附近颜色变化是_。（2）放电过程中，正极附近溶液的pH _（选填“升高”“降低”或“不变”）。II、回收利用废钒催化剂（主要成分为V2O5、VOSO4和二氧化硅）的工艺流程如下图所示。（3）滤渣可用于_（填一种用途）。（4）25时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表所示：pH1.31.41.51.61.71.81.92.02.1钒沉淀率（）88.191.896.59899.897.896.493.089.3根据上表数据判断，加入氨水调节酸碱性，溶液的最佳pH为_；（5）为了提高钒的浸出率，用酸浸使废钒催化剂中的V2O5转变成可溶于水的VOSO4，酸浸过程中，氧化产物和还原产物的物质的量之比为_。（6）氧化过程中，VO2+变为VO2+，则该反应的离子方程式为_。【答案】 (1). V3+eV2+ (2). 蓝色变黄色 (3). 升高 (4). 制作光导纤维、建筑材料等 (5). 1.7 (6). 1：2 (7). ClO3+6VO2+3H2O6VO2+Cl+6H+ （4）从图中钒沉淀率和溶液pH之间的关系可知，当加入氨水调节溶液的酸碱性，溶液的最佳pH为1.7时，钒沉淀率最高；（5）亚硫酸根离子具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2+SO42-+2H2O，所以酸浸过程中氧化产物和还原产物的物质的量之比为1:2；（6）氧化过程中，氯酸钾具有氧化性，能将VO2+氧化为VO2+，本身被还原为Cl，该反应的离子方程式为：ClO3+6VO2+3H2O6VO2+Cl+6H+。
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