易错点21 化工流程模拟题训练领军高考化学清除易错点.docx
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易错点21化工流程模拟题训练领军高考化学清除易错点
易错点21化工流程
模拟题训练
1.聚合硫酸铁(PFS)是一种高效的无机高分子絮凝剂。
某工厂利用经浮选的硫铁矿烧渣(有效成分为Fe2O3和Fe3O4)制备PFS,其工艺流程如下图所示。
(1)CO是“还原焙烧”过程的主要还原剂。
下图中,曲线表示4个化学反应a、b、c、d达到平衡时气相组成和温度的关系,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe稳定存在的区域。
a属于__________(填“吸热反应”或“放热反应”);570℃时,d反应的平衡常数K=___________________。
(2)800℃,混合气体中CO2的体积分数为40%时,Fe2O3用CO还原焙烧过程中发生的主要的化学反应方程式:
________________________________________________
(3)若“酸浸”时间过长,浸出液Fe2+含量反而降低,主要原因是___________________。
(4)已知:
25℃时,Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-17,Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39。
若浸出液中c(Fe3+)=10-1.8mol·L-1,为避免“催化氧化”过程中产生副产物Fe(OH)3,应调节浸出液的pH≤___________。
(5)FeSO4溶液在空气中会缓慢氧化生成难溶的Fe(OH)SO4,该反应的离子方程式___________________.
(6)“催化氧化”过程中,用NaNO2作催化剂(NO起实质上的催化作用)时,温度与Fe2+转化率的关系如右图所示(反应时间相同),Fe2+转化率随温度的升高先上升后下降的原因是___________________________________________.
【答案】放热反应1Fe2O3+CO=FeO+CO2Fe2+易被空气中的O2氧化成Fe3+1.64Fe2++O2+4SO42-+2H2O=4Fe(OH)SO4↓温度升高,反应速率增大;温度过高,NO气体逸出,转化率下降
2.FeFe2O3纳米线是一种新型铁基材料,在催化、生物医药、环境科学等领域具有广阔应用前景。
某研究小组以赤泥(铝土矿提取氧化铝过程中产生的固体废弃物,含SiO2、Fe2O3、Al2O3)为原料,设计下列流程制备FeFe2O3纳米线并探究其在水处理中的应用。
回答下列问题:
(1)“浸出”实验中,盐酸起始浓度对铁、铝浸出率的影响如图所示:
①盐酸的合适浓度为______________。
②盐酸起始浓度为2mol·L﹣1时,铁的浸出率很低,原因是______________。
(2)已知:
25℃时,Al(OH)3(s)
AlO2-+H++H2OK=4×10-13。
若浸出液c(Al3+)=0.04mol·L-1,“调节pH”时,pH最小应为______________(设调节pH过程中溶液体积不变)。
(3)FeFe2O3纳米线为壳层结构(核是Fe、壳是Fe2O3),壳是由中心铁核在合成过程中被氧化而形成。
①“合成”时滴加NaBH4溶液过程中伴有气泡产生,滤液Ⅱ中含B(OH)3,合成铁核的离子方程式为____________________________。
②“合成”后,经过滤、______________、______________获得FeFe2O3纳米线。
(4)FeFe2O3纳米线去除水体中Cr2O72-的机理是,纳米线将Cr2O72-吸附在表面并还原。
在“无氧”和“有氧”条件下将纳米线分别置于两份相同的水体中,80min后回收该纳米线,测得其表面元素的原子个数比如下表:
①在水体中FeFe2O3纳米线形成的分散系是____________________________。
②样本2的实验条件是______________(填“有氧”或“无氧”)。
③已知水体中检测不到Cr(Ⅲ),样本1中FeFe2O3纳米线的表面Cr(Ⅵ)的去除率为____________________________。
【答案】6mol·L-1盐酸起始浓度为2mol·L-1时,Fe3+发生了水解119H2O+4Fe3++3BH4-=4Fe+6H2↑+3B(OH)3+9H+洗涤烘干胶体有氧46.8%
3.以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如下:
完成下列填空:
(1)焙烧产生的SO2可以继续制备硫酸,其中的反应之一为:
2SO2+O2
2SO3+Q(Q>0),该反应的平衡常数表达式为K=___________;欲使K值增大,可采取的措施是______________。
若经一段时间后SO3的浓度增加了4mol/L,在这段时间内用O2表示的反应速率为0.4mol/(L∙s),则这段时间为_______(选填编号)。
a.1sb.5sc.10sd.50s
(2)硫铁矿焙烧后的烧渣中含有Fe2O3、Fe3O4等。
酸溶后溶液中主要存在的阳离子有______________,不能用硫酸代替盐酸的原因是____________________________。
(3)通入氯气时,主要反应的离子方程式为________________________。
从氧化后的溶液中得到氯化铁晶体的实验步骤为_______________、_______________、过滤洗涤。
(4)酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量,请从水解平衡移动原理解释原因________________。
【答案】K降温bFe2+、Fe3+、H+(H+不写不扣分)会引入SO42-离子,影响产品的纯度2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl-蒸发浓缩冷却结晶Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3+3H+,盐酸过量,使[H+]增大,平衡朝逆向移动,抑制Fe3+的水解,增大了氯化铁晶体的产量
4.用方铅矿精矿( 主要为PbS)和软锰矿(主要为MnO2,还有少量Fe2O3,Al2O3等杂质) 制备PbSO4和Mn3O4的工艺流程如下:
已知:
①PbS+MnO2+ 4 H+= Mn2++Pb2++S+2H2O
②25℃ 时,Ksp(PbCl2)=1.6×10-5,Ksp(PbSO4)=1.8×10-8
③PbCl2 (s)+2Cl-(aq)
PbCl42-(aq) △H>0
(1)80℃用盐酸处理两种矿石,为加快酸浸速率,还可采用的方法是_______________(任写一种)。
(2)向酸浸液中加入饱和食盐水的目的是_________________;加入物质X可用于调节酸浸液的pH值,物质X可以是___________(填字母)。
A.MnCO3B.NaOHC.ZnOD.PbO
(3)滤渣中含有两种金属杂质形成的化合物,其成分为_____________(写化学式);
请设计分离两种金属化合物的路线图(用化学式表示物质,用箭头表示转化关系,箭头上注明试剂和分离方法)。
_________________。
(4)向滤液2中通入NH3和O2发生反应,写出总反应的离子方程式。
_______。
(5)用Mn3O4为原料可以获得金属锰,选择合适的冶炼方法为___________ (填字母)。
A.热还原法B.电解法C.热分解法
(6)求25℃氯化铅沉淀转化为硫酸铅沉淀反应的平衡常数K=___________(保留到整数位)。
【答案】粉碎矿石或搅拌或适当增加盐酸浓度增大PbCl2的溶解度ADAl(OH)3、Fe (OH)3
6Mn2++12NH3+6H2O+O2=2Mn3O4+12NH4+A889
淀反应PbCl2 (s)+SO42-(aq)
2Cl-(aq) +PbSO4(s)的平衡常数K=
=
。
5.兰尼镍是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金,被广泛用作有机物的氢化反应的催化剂。
以红土镍矿(主要成分为NiS、FeS和SiO2等)为原料制备兰尼镍的工艺流程如下图所示:
(1)浸出渣A的主要成分是_______________(填化学式)。
(2)已知红土镍矿煅烧后生成Ni2O3,而加压酸浸后浸出液A中含有大量Ni2+,写出有关镍元素的加压酸浸的化学反应方程式_______________________________。
(3)向浸出液A中通入H2S气体,①还原过程中所涉及主要反应的离子方程式是_____________________。
(4)在形成Ni(CO)4的过程中,碳元素的化合价没有变化,则Ni(CO)4中的Ni的化合价为________。
(5)“碱浸”的目的是使镍产生多孔结构,从而增强对氢气的强吸附性,此过程中发生反应的离子方程式为__________________________。
(6)常温时,向浓度均为1.0mol·L-1的FeSO4、NiSO4的混合溶液中滴加Na2S固体,当Ni2+恰好沉淀完全时,所得溶液中c(Fe2+)=______________。
(已知:
①25℃,Ksp(NiS)=2.0×10-21、Ksp(FeS)=6.0×10-18
②溶液中的离子浓度≤10-5mol·L-1时,认为该离子沉淀完全。
)
(7)浸出液B可以回收,重新生成铝以便循环利用。
请设计简单的回收流程:
浸出液B→___________________________________________________________。
(箭头上注明外加反应物的化学式和反应条件)。
(示例:
)
【答案】SiO22Ni2O3+4H2SO4==4NiSO4+O2↑+4H2OH2S+2Fe3+==2Fe2++2H++S↓02Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑0.03mol/L
【解析】红土镍矿(主要成分为NiS、FeS和SiO2等)煅烧发生氧化还原反应得到Ni2O3、Fe2O3(SiO2不
6.以红土镍矿(主要成分为NiS、FeS和SiO2等) 为原料制备兰尼镍的工艺流程如下所示。
(1)形成Ni(CO)4时碳元素的化合价没有变化,则Ni(CO)4中的Ni的化合价为___________。
(2)Ni2O3有强氧化性,加压酸浸时有气体产生且镍被还原为Ni2+,则产生的气体为______(填化学式)。
(3) 滤渣D为单质镍、硫的混合物,请写出向浸出液B中通入H2S气体时所有反应的离子方程式:
__________________________,_________________________。
(4) 已知:
3Fe2+ +2[Fe(CN)6]3-==Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色沉淀);4Fe3++3[Fe(CN)6]4-==Fe4[Fe(CN)6]3↓(蓝色沉淀)。
下列可以用于检验滤液C 中金属阳离子的试剂有____________(填标号)
a.KSCN溶液b.K3[Fe(CN)6]c.K4[Fe(CN)6]d.苯酚
(5)兰尼镍是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金。
碱浸镍铝合金后,残铝量对兰尼镍的催化活性有重大影响,根据下图分析,残铝量在_____范围内催化活性最高,属于优质产品。
(6) 仿照下面示例,设计从浸出液E 回收氧化铝的流程:
浸出液E_________________。
(示例:
)
【答案】0O2H2S+ 2Fe3+==2Fe2++2H++ S↓H2S+Ni2+==Ni↓+2H++S↓b4%~6%
7.一种含铝、锂、钴的新型电子材料,生产中产生的废料数量可观,废料中的铝以金属铝箔的形式存在;钴以Co2O3·CoO的形式存在,吸附在铝箔的单面或双面:
锂混杂于其中。
(已知Co2O3的氧化性>Cl2的氧化性)从废料中回收氧化钴(CoO)的工艺流程如下:
已知:
①CoCO3的溶度积为:
Ksp=1.0×10-13;
②溶液中离子浓度小于1.0×10-5mol/L时认为该离子沉淀完全。
(1)“碱溶”前通常将废料粉碎,其目的是____________。
(2)过程I中采用NaOH溶液溶出废料中的A1,反应的离子方程式为_________________。
(3)过程Ⅱ中加入稀H2SO4酸化后,再加入Na2S2O3溶液浸出钴。
则浸出含钻物质的反应化学方程式为(产物中只有一种酸根)_______________________________________。
在实验室模拟工业生产时,也可用盐酸浸出钴,但实际工业生产中不用盐酸,请分析不用盐酸浸出钴的主要原因_____________________。
(4)过程III得到锂铝渣的主要成分是LiF和AI(OH)3,碳酸钠溶液在产生Al(OH)3时起重要作用,请写出该反应的离子方程式__________________________________。
(5)将2.0×10-4mol/LCoSO4与2.2×10-4mol/L的Na2CO3等体积混合,此时溶液中的Co2+的浓度为__________,Co2+是否沉淀完全?
__________(填“是”或“否”)。
(6)CoO溶于盐酸可得粉红色的CoCl2溶液。
CoCl2含结晶水数目不同而呈现不同颜色,利用蓝色的无水CoCl2吸水变色这一性质可制成变色水泥和显隐墨水。
如图是粉红色的CoCl2·6H2O晶体受热分解时,剩余固体质量随温度变化的曲线,物质B的化学式是____________________。
【答案】增大反应物接触面积,加快反应速率;2A1+2OH-+2H2O = 2A1O2-+3H2↑;4Co2O3·CoO+Na2S2O3+11H2SO4= 12CoSO4+Na2SO4+ 11H2O;Co2O3·CoO可氧化盐酸产生Cl2,污染环境;2A13++3CO32-+3H2O= 2A1(OH)3↓+3CO2↑;
1.0×10-8mol/L;是;CoCl2·H2O。
8.钛铁矿主要成分为FeTiO3(含有少量MgO、SiO2等杂质),Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿来制备,工艺流程如下:
(1)钛铁矿在预处理时需要进行粉碎,其原因是___________________。
(2)过程①中反应的离子方程式是:
FeTiO3+4H++4Cl-==Fe2++TiOCl42-+2H2O、_______。
(3)过程①中,铁的浸出率结果如图1所示。
由图可知,当铁的浸出率为80%时,所采用的实验条件是___________________。
(4)过程②中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成(NH4)2Ti5O15溶液时,Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图2所示,反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是___________。
(5)在滤液B转化为FePO4沉淀过程中发生以下反应,请配平:
Fe2++_____+H3PO4===FePO4+____+_____
(6)过程③中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式是_________________________。
【答案】增大反应物接触面积,加快反应速率。
MgO+2H+====Mg2++H2O100℃3小时温度过高,双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降2Fe2++H2O2+2H3PO4==2FePO4+4H++2H2O2FePO4+Li2CO3+H2C2O4
2LiFePO4+3CO2↑+H2O
【解析】
(1)钛铁矿在预处理时需要进行粉碎,以增大反应物接触面积,加快反应速率;
(2)过程①中铁钛矿中FeTiO3及MgO与盐酸反应,反应的离子方程式是:
FeTiO3+4H++4Cl-==Fe2++TiOCl42-+2H2O、MgO+2H+====Mg2++H2O;(3)过程①中,铁的浸出率结果如图1所示。
由图可知,当铁的浸出率为80%
9.CoCO3是一种制造锂电池电极的原料。
以含钴废渣(主要成分CoO、Co2O3,还含有Al2O3、ZnO等杂质)为原料制备CoCO3的一种工艺流程如下:
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol/L计算)
(1)“酸浸”时通入SO2的目的是__。
(2)“除铝”时调节溶液pH范围为__,该过程中主要反应的离子方程式为__。
(3)“萃取”过程可表示为ZnSO4(水层)+2HX(有机层)
ZnX2(有机层)+H2SO4(水层),由有机层获取ZnSO4溶液的操作是__。
(4)“沉钴”时Na2CO3溶液需缓慢滴加的原因是__。
(5)CoCO3隔绝空气灼烧可以生成Co2O3,该反应的化学方程式为_______。
【答案】将Co3+还原为Co2+5.0~5.42Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡,静置,分液防止加入过快而产生Co(OH)2沉淀2CoCO3
Co2O3+CO↑+CO2↑
【解析】
(1)“酸浸”时通入SO2的目的是将Co3+还原为Co2+;
(2)“除铝”时调节溶液pH范围使铝完全沉淀但锌没有开始沉淀,则范围为5.0~5.4,该过程中主要反应的离子方程式为2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑;(3)“萃取”过程可表示为ZnSO4(水层)+2HX(有机层)
ZnX2(有机层)+H2SO4(水层),由有机层获取ZnSO4溶液的操作是向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡,静置,分液;(4)“沉钴”时Na2CO3溶液需缓慢滴加,防止加入过快而产生Co(OH)2沉淀;(5)CoCO3隔绝空气灼烧可以生成Co2O3,同时生成二氧化碳,反应的化学方程式为2CoCO3
Co2O3+CO↑+CO2↑。
10.用混有硫酸亚铁和硫酸镁等杂质的锰矿(含MnO2、MnCO3)生产硫酸锰,实验室模拟生产过程如下:
(完全沉淀离子的pH值:
Fe3+为3.5,Fe2+为9.5,Mn2+为10.8,Mg2+为11.6)
(1)酸浸中加入的酸是________(填化学式,下同),提高酸浸速率的方法是____(任写一种),从经济效益考虑,物料A可能是___________。
(2)反应器中发生氧化还原反应的离子方程式是___________________。
(3)硫酸锰和硫酸镁的溶解度曲线如图所示:
①操作I为:
在_____℃下蒸发结晶、趁热过滤。
其趁热过滤目的是__________;
②为了得到更纯净的一水合硫酸锰,需将晶体置于过滤器中,用_____进行洗涤(本空格从以下选择)
a.蒸馏水b.稀硫酸c.饱和硫酸锰溶液d.氢氧化钠溶液
(4)MnSO4·H2O在1150℃高温下易分解,产物是Mn304、含硫化合物、水,在该条件下硫酸锰晶体分解反应的化学方程式是___________________。
【答案】H2SO4粉碎、搅拌等MnCO3等MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O60防止MgSO4结晶析出,提高MnSO4的产率c3MnSO4·H2O
Mn3O4+SO2↑+2SO3↑+3H2O↑
11.工业上可用铬铁矿(主要成分可表示为FeO·Cr 2O3,还含有Al2O3、MgCO3、SiO2 等杂质)为原料制备重铬酸钾晶体和绿矾的流程如下:
已知:
Ⅰ.常见离子沉淀的pH范围
Fe3+
Al3+
Mg2+
SiO32-
AlO2-
开始沉淀
1.9
4.2
8.1
9.5
10.2
沉淀完全
3.2
5.3
9.4
8.0
8.5
Ⅱ.焙烧过程中主要发生反应:
2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3=4Na2Cr2O4+Fe2O3+ 4CO2 ↑+7NaNO2。
(1)绿矾的化学式为________。
(2)焙烧后的混合物中除含有Na2Cr2O4、NaNO2和过量的Na2CO3、NaNO3外,还含有NaAlO2和Na2SiO3等物质,则焙烧过程中NaAlO2的化学方程式为___________________________。
(3)固体Y的主要成分为________(填写化学式)。
(4)酸化过程中用醋酸调节pH=5的目的为________________________;若pH调节的过低,NO2-可被氧化为NO3-,其离子方程式为_________________________________。
(5)调节pH=5后,加入KCl 控制一定条件,可析出K2Cr2O7晶体,说明溶解度的大小:
K2Cr2O7________Na2Cr2O7(填“大于”或“小于”)。
(6)流程中的一系列操作为____________________________________。
【答案】FeSO4·7H2ONa2CO3+Al2O3
2NaAlO2+CO2 ↑H2SiO3和Al(OH)3将CrO42-转化为Cr2O72-Cr2O72-+3NO2-+8H+=2Cr3++3NO3-+4H2O小于蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
12.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C2O42-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
CoC2O4·2H2O
CoC2O4+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0.02mol·L-1的Li2SO4和浓度为0.02mol·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_________________________。
【答案】增大接触面积,加快反应速率,提高浸出率AlO2-+CO2+2H2O==Al(OH )3↓+ HCO3-FeCl3、CoCl22LiCoO2+8HCl==2CoCl2+Cl2↑+4H2O+2LiClC2CoC2O4+O2
2CaO+4CO20.02加入适量盐酸(或通入适量氯化氢气体)
13.工业上常以铬
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