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- 2021-05-13 发布
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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
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“<”)。
②结合元素周期律解释①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S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 mol·L-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 g·mol-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)①由强酸制弱酸规律可知,硫酸的酸性强于磷酸的酸性。②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,得电子能力P”或“<”)Cl。
③两种方案相比,方案1的优点是
。(答一条即可)
(3)“反应”时用NaClO4和NH4Cl在90 ℃制备NH4ClO4。如果用浓盐酸和液氨代替NH4Cl,则无需加热,原因是 。
(4)该流程中可循环利用的物质是 (填化学式)。
解析:(1)Cl生成Cl,氯由+5价变成+7价,失电子,被氧化,所以在阳极反应,电极方程式为Cl+H2O-2e-Cl+2H+。
(2)①Cl被还原成ClO2,所以H2O2被氧化生成氧气,反应的化学方程式为2NaClO3+2HCl+H2O22ClO2↑+2NaCl+2H2O+O2↑;加入氨水和FeCl2·4H2O中Fe2+被氧化成Fe3+,反应的离子方程式为6Fe2++Cl+3H2O+12NH3·H2O6Fe(OH)3↓+Cl-+12N;因为是黑色磁性沉淀,所以猜测沉淀可能是Fe3O4。②由①的除杂可知,被还原的是Cl而不是Cl,所以氧化性Cl>Cl。③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 Cl+H2O-2e-Cl+2H+
(2)①2NaClO3+2HCl+H2O22ClO2↑+2NaCl+2H2O+O2↑ 6Fe2++Cl+3H2O+12NH3·H2O6Fe(OH)3↓+Cl-+12N Fe3O4 ②> ③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)NaCl
4.(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。
Ⅰ.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
。
Ⅱ.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Ⅰ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:Ⅰ.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N、S、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3NH3·H2O+Fe3+Fe(OH)3↓+3N。
Ⅱ.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Ⅰ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++2S+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)3NH3·H2O+Fe3+Fe(OH)3↓+3N
(4)Na2SiO3+Ca(OH)22NaOH+CaSiO3↓
(5)2FeS+9Cl2+8H2O2Fe3++2S+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:①还原性:Cl->Co2+;
②Fe3+和C2结合生成较稳定的[Fe(C2O4)3]3-,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CoC2O4·2H2O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:①CoC2O4在空气中加热时的气体产物为CO2
②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
Ⅰ
120～220
CoC2O4·2H2OCoC2O4+2H2O
19.67%
Ⅱ
300～350
59.02%
(6)已知Li2CO3的溶度积常数Ksp=8.64×10-4,将浓度为0.02 mol·L-1的Li2SO4和浓度为0.02 mol·L-1的Na2CO3溶液等体积混合,则溶液中的Li+浓度为 mol·L-1。
(7)从FeCl3溶液得到FeCl3·6H2O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HC。(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 CoC2O4·2H2O(183 g·mol-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 g·mol-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1∶1,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=0.022×0.01=4×10-6
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