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题型二化学工艺流程题型限时训练1.(2018北京卷,26)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:磷精矿磷精矿粉粗磷酸H2O2/脱有机碳 CaCO3/脱硫精制磷酸磷石膏(主要成分为CaSO40.5H2O)已知:磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有 Ca5(PO4)3 F和有机 碳等。溶解度:Ca5(PO4)3(OH)”或“”)。结合元素周期律解释中结论:P和S电子层数相同, 。(3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。写出生成HF的化学方程式: 。(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 后脱除率变化的原因: 。(5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42-残留,原因是 ;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是 。(6)取a g所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用 b molL-1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液c mL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是 。(已知:H3PO4摩尔质量为98 gmol-1)解析:(1)可通过增大接触面积和升高温度等措施加快反应速率。通过题给流程可知,能够加快反应速率的措施有研磨和加热。(2)由强酸制弱酸规律可知,硫酸的酸性强于磷酸的酸性。根据两者电子层数相同,可判断两者处于同一周期,且S在P的右侧,核电荷数PS,得电子能力PS,非金属性PS,根据非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强的规律可知,硫酸的酸性强于磷酸的酸性。(3)已知反应物为Ca5(PO4)3F和H2SO4,生成物为CaSO40.5H2O、H3PO4和HF,再根据原子个数守恒可写出该反应的化学方程式:2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O10CaSO40.5H2O+6H3PO4+2HF。(4)由题意可知,H2O2在氧化有机碳时,自身也会发生分解,且分解速率随温度的升高而加快,因此80 后脱除率降低。(5)硫酸钙是微溶物,存在溶解平衡,因此反应后的溶液中仍含有SO42-。由题给信息可知,反应物为BaCO3、SO42-和H3PO4,生成物为BaSO4、CO2、H2PO4-和水,由此可写出该反应的离子方程式:BaCO3+SO42-+2H3PO4BaSO4+CO2+H2O+2H2PO4-。(6)由题意知,消耗氢氧化钠的物质的量为bc1 000 mol,当生成Na2HPO4时,参加反应磷酸的物质的量为bc2 000 mol,即磷酸的质量为98bc2 000 g,则磷酸的质量分数为98bc2 000a=0.049bca。答案:(1)研磨、加热(2)核电荷数PS,得电子能力PS,非金属性P”或“ClO4-。方案1操作步骤简单,而且反应中过量的H2O2易除去。(3)因为浓盐酸与液氨反应会放出大量热,所以不用加热。(4)由流程图可知NaCl是可以循环利用的。答案:(1)阳ClO3-+H2O-2e-ClO4-+2H+(2)2NaClO3+2HCl+H2O22ClO2+2NaCl+2H2O+O26Fe2+ClO3-+3H2O+12NH3H2O6Fe(OH)3+Cl-+12NH4+Fe3O4操作步骤简单(或过量的H2O2易除去等合理答案)(3)浓盐酸和液氨的反应为放热反应(4)NaCl4.(2018河南六市第一次联考)工业生产硫酸的黄铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3及少量的FeS、SiO2、Cu、Au、Ag等)是工业三废之一,其综合利用是一条变废为宝的重要途径。.以黄铁矿烧渣为原料制备颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4的生产工艺流程如图:请回答下列问题:(1)能提高“废渣溶解”速率的措施有(写出一条即可),“氧化”的目的是 。(2)(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12中Fe的化合价是。(3)该工艺流程图中,第二次加入氨水后,反应的离子方程式为 。.如图是以黄铁矿烧渣为原料制备颜料铁红的另外一种生产工艺 流程:(4)在滤液中加入廉价的熟石灰,反应的化学方程式是 。(5)“氧化”反应较多,其中FeS可以看作被水溶液中Cl2氧化,氧化后的溶液中滴加BaCl2溶液有不溶解于盐酸的白色沉淀生成,则水溶液中FeS与Cl2反应的离子方程式为 。(6)试剂X为过量铁粉,其作用是 。解析:.黄铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3及少量的FeS、SiO2、Cu、Au、Ag等)用硫酸溶解后的溶液中含有硫酸铁和硫酸亚铁,将+2价铁氧化为+3价铁,氧化后,加入氨水,生成碱式硫酸铁铵沉淀,碱式硫酸铁铵沉淀用水溶解后的溶液中加入氨水,生成氢氧化铁沉淀,过滤后灼烧得到氧化铁;两次过滤后的滤液中主要含有硫酸铵,可以回收得到硫酸铵晶体。(1)能提高“废渣溶解”速率的措施可以有将废渣粉碎、提高溶解温度、搅拌等,黄铁矿烧渣的主要成分为Fe2O3及少量的FeS、SiO2、Cu、Au、Ag等,溶解后“氧化”过程中可以将+2价铁氧化为+3价铁。(2)(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12中NH4+、SO42-、OH-整体显+1价、-2价、-1价,根据化合物中各元素正负化合价的代数和为0,Fe的化合价是+3价。(3)第二次加入氨水后,反应的离子方程式为3NH3H2O+Fe3+Fe(OH)3+3NH4+。.根据流程图,黄铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3及少量的FeS、SiO2、Cu、Au、Ag等)用氢氧化钠溶解,生成的溶液中含有硅酸钠,滤渣中含有Fe2O3及少量的FeS、Cu、Au、Ag等,滤渣用硫酸溶解,同时用次氯酸钠氧化生成的亚铁离子,滤渣中含有Au、Ag等,滤液中含有铁离子和铜离子,需要除去铜离子,为了不引入新杂质,需要加入铁粉将铜离子还原,得到的滤液为硫酸亚铁,加入氢氧化钠生成氢氧化亚铁,被空气中的氧气氧化生成氢氧化铁,灼烧得到氧化铁。(4)滤液中含有硅酸钠,加入廉价的熟石灰,发生复分解反应,生成硅酸钙沉淀,反应的化学方程式为Na2SiO3+Ca(OH)22NaOH+CaSiO3。(5)“氧化”反应较多,其中FeS可以看作被水溶液中Cl2氧化,氧化后的溶液中滴加BaCl2溶液有不溶解于盐酸的白色沉淀生成,说明生成了硫酸根离子,则水溶液中FeS与Cl2反应的离子方程式为2FeS+9Cl2+8H2O2Fe3+2SO42-+18Cl-+16H+。(6)试剂X为过量铁粉,目的是把Cu2+还原为Cu,还可以还原Fe3+为Fe2+。答案:(1)将废渣粉碎、提高溶解温度等将+2价铁氧化为+3价铁(2)+3(3)3NH3H2O+Fe3+Fe(OH)3+3NH4+(4)Na2SiO3+Ca(OH)22NaOH+CaSiO3(5)2FeS+9Cl2+8H2O2Fe3+2SO42-+18Cl-+16H+(6)把Cu2+还原为Cu,还可以还原Fe3+为Fe2+5.(2018山西第一次适应性考试)钴酸锂(LiCoO2)电池是一种应用广泛的新型电源,电池中含有少量的铝、铁、碳等单质。实验室尝试对废旧钴酸锂电池回收再利用。实验过程如下:已知:还原性:Cl-Co2+;Fe3+和C2O42-结合生成较稳定的Fe(C2O4)33-,在强酸性条件下分解重新生成Fe3+。回答下列问题:(1)废旧电池初步处理为粉末状的目的是 。(2)从含铝废液得到Al(OH)3的离子反应方程式为 。(3)滤液A中的溶质除HCl、LiCl外还有(填化学式)。写出LiCoO2和盐酸反应的化学方程式: 。(4)滤渣的主要成分为(填化学式)。(5)在空气中加热一定质量的CoC2O42H2O固体样品时,其固体失重率数据见下表,请补充完整表中问题。已知:CoC2O4在空气中加热时的气体产物为CO2固体失重率=对应温度下样品失重的质量/样品的初始质量序号温度范围/化学方程式固体失重率120220CoC2O42H2OCoC2O4+2H2O19.67%30035059.02%(6)已知Li2CO3的溶度积常数Ksp=8.6410-4,将浓度为0.02 molL-1的Li2SO4和浓度为0.02 molL-1的Na2CO3溶液等体积混合,则溶液中的Li+浓度为molL-1。(7)从FeCl3溶液得到FeCl36H2O固体的操作关键是。解析:(1)增大接触面积,可加快反应速率,提高浸出率。(2)CO2过量生成HCO3-。(3)由题干可知还原性Cl-Co2+,又因为还原性Fe2+Cl-,所以LiCoO2中的+3价Co将Fe2+和Cl-氧化,而本身被还原成+2价Co,所以溶质为FeCl3、CoCl2。(4)C不溶于水和盐酸。(5)由题目所给的已知可知,假设1 mol CoC2O42H2O(183 gmol-1) 受热分解,固体失重率为59.02%,所以固体的残留率为40.98%,质量为75 g,因为1 mol Co(59 gmol-1),全部留在固体中,所以O的质量为16 g,Co和O的原子个数比为11,固体产物为CoO,已知气体产物为CO2,再根据电子守恒可写出化学方程式:2CoC2O4+O22CoO+4CO2。(6)因为两溶液混合后,溶液体积变为原来的2倍,浓度变为原来的一半,再根据Qc=0.0220.01=410-6Ksp,所以不产生沉淀,Li+浓度为 0.02 molL-1。(7)加入适量盐酸(或通入适量氯化氢气体)抑制Fe3+水解。答案:(1)增大接触面积,加快反应速率,提高浸出率(2)AlO2-+CO2+2H2OAl(OH)3+HCO3-(3)FeCl3、CoCl22LiCoO2+8HCl2CoCl2+Cl2+4H2O+2LiCl(4)C(5)2CoC2O4+O22CoO+4CO2(6)0.02(7)加入适量盐酸(或通入适量氯化氢气体)6.(2018内蒙古呼和浩特一调)广泛用于纺织工业的连二亚硫酸钠(Na2S2O4),俗称保险粉,是一种强还原剂,可溶于水,但不溶于乙醇,在碱性介质中稳定。.工业上制备连二亚硫酸钠的流程如下:请回答下列问题:(1)步骤中的化学方程式为 。(2)步骤中沉淀为(填化学式)。(3)步骤中加入NaCl固体的作用是 ,分离出保险粉方法为 、洗涤、干燥,洗涤所用试剂是。.工业上也可用如图装置电解NaHSO3溶液制Na2S2O4。(4)惰性电极a连接电源的(填“正极”或“负极”),其电极反应式为 。(5)若不加隔膜,则得不到连二亚硫酸钠,其原因是 。.探究Na2S2O4的性质:某课题小组常温下测定0.050 molL-1 Na2S2O4溶液在空气中的pH变化如图所示:(6)0t1段主要生成HSO3-,根据pH变化图,写出0t1发生反应的离子方程式为 。(7)若t1时溶液中Na2S2O4全部被氧化成NaHSO3,此时溶液中c(SO32-)-c(H2SO3)=molL-1(填具体数值,不考虑溶液体积变化)。解析:.锌粉加水形成分散系,再通入二氧化硫反应得到ZnS2O4,加入18% NaOH溶液反应得到氢氧化锌沉淀、Na2S2O4,最后加入NaCl降低Na2S2O4的溶解度,析出Na2S2O4,溶液D中含有NaCl。(1)根据上述分析,步骤中的化学方程式为Zn+2SO2ZnS2O4。(2)步骤中沉淀为Zn(OH)2。(3)步骤中加入NaCl固体可以降低Na2S2O4的溶解度,使更多Na2S2O4析出,然后过滤、洗涤、干燥即可分离出保险粉;连二亚硫酸钠(Na2S2O4)是一种强还原剂,可溶于水,但不溶于乙醇。为了减少Na2S2O4的溶解损失,洗涤液可以选用乙醇。.a极上NaHSO3 生成Na2S2O4,S元素化合价由+4价降低到+3价,发生还原反应,应为阴极,a连接电源的负极,b极上氢氧化钠溶液中的水被氧化生成氧气,为阳极,b连接电源的正极。(4)根据上述分析,惰性电极a连接电源的负极,其电极反应式为2HSO3-+2e-S2O42-+2OH-。(5)若不加隔膜,Na2S2O4被阳极生成的氧气氧化得到硫酸根,得不到连二亚硫酸钠或Na2S2O4在阴极被还原为NaHSO3,HSO3-移动到阳极失电子得到硫酸根。.(6)Na2S2O4溶液在空气中易被氧化生成亚硫酸氢钠,则0t1段发生离子反应方程式为2S2O42-+O2+2H2O4HSO3-。(7)若t1时溶液中Na2S2O4全部被氧化生成NaHSO3,浓度为0.1 mol/L,根据图像,此时溶液的pH=5,溶液中存在物料守恒,c(SO32-)+c(H2SO3)+c(HSO3-)=0.1 mol/L,也存在电荷守恒,c(Na+)+c(H+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-),则c(SO32-)-c(H2SO3)=c(Na+)+c(H+)-c(OH-)-0.1 mol/L=c(H+)-c(OH-)=(10-5-10-9)mol/L。答案:.(1)Zn+2SO2ZnS2O4(2)Zn(OH)2(3)降低Na2S2O4的溶解度,使更多Na2S2O4析出过滤乙醇.(4)负极2HSO3-+2e-S2O42-+2OH-(5)Na2S2O4被阳极生成的氧气氧化得到硫酸根或Na2S2O4被还原产生的HSO3-在阳极失电子得到硫酸根.(6)2H2O+2S2O42-+O24HSO3-(7)(10-5-10-9)
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