无机工艺流程专题讲解学习.docx
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无机工艺流程专题讲解学习
无机工艺流程专题
1、锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题。
某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料(LiMn2O4、
碳粉等涂覆在铝箔上)进行资源回收研
究,设计实验流程如下:
(1)第②步反应得到的沉淀X的化学式为
[世液卜
U<()I」
AM
⑵第③步反应的离子方程式是
。
若过
(3)第④步反应后,过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有
滤时发现滤液中有少量浑浊,从实验操作的角度给出两种可能的原因:
⑷若废旧锂离子电池正极材料含LiMn2O4的质量为18.1g,第③步反应中加入20.0mL3.0
molL1的H2SO4溶液,假定正极材料中的锂经反应③和④完全转化为Li2CO3,则至少有
gNa2CO3参加了反应。
2、硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。
工业上常用菱锌矿生产硫酸锌,菱锌矿的主要成分
是ZnCO3,并含少量的Fe2O3、FeCO3、MgO、CaO等,生产工艺流程示意如下:
—・
:
汁矿输
ilJii.浓fit戕
4
滤
*冒
同JU■过滤'
r)
1
ftIm:
轶
1.
沉淀1
;UI铁矿
iHiill・
(1)将菱锌矿研磨成粉的目的是
⑵完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式:
===||Fe(OH)3+||Cl
□Fe(OH)2+^+口___
⑶针铁矿(Goethite)是以德国诗人歌德(Goethe)名字命名的,组成元素是Fe、O和H,化学式量为89,化学式是。
(4)根据下表数据,调节“滤液2”的pH时,理论上可选用的最大区间为。
Mg(OH)2
Zn(OH)2
MgCO3
CaCO3
开始沉淀的pH
10.4
6.4
一
一
沉淀完全的pH
12.4
8.0
一
一
开始溶解的pH
一
10.5
一
一
Ksp
5.6X10一12
6.8X10一6
2.8X10一9
⑸工业上从“滤液3”制取MgO过程中,合适的反应物是(选填序号)。
(6)“滤液4”之后的操作依次为、、过滤、洗涤、干燥。
(7)分析图中数据,菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于。
3、已知H2CrO4是一种强酸,S(CaCrO4)=17g/100gH2O。
下图是工业上以铬酸钠为原料制备铬酸酐的流程。
(1)反应①中通入NH3与CO2存在先后顺序,应先通入气体,理由是
?
写出反应的化学方程式。
⑵第⑤步反应中酸溶时能否用盐酸代替硫酸?
(填“可以”或“不可以”),理由
(3)写出苛化蒸氨的离子方程式。
(4)为了减轻环境污染又做到原料的充分利用,生产中可循环利用的物质是
4、以重晶石(主要成分为BaSO4)为主要原料制备立德粉(ZnS和BaSO4的混合物)的工艺流程如图:
(1)焙烧时,焦炭需过量,其目的是。
⑵焙烧过程中发生的反应之一是4C0(g)+BaS04(s)—BaS(s)+4CO2(g)少<0,该反
应的平衡常数表达式为。
下列条件可以使平衡常数增大的是
A.降温B.加压C.加催化剂D.移出CO2E.增大BaSO4的量
(3)反应器中发生反应的化学方程式为。
(4)用工业级氧化锌(含少量FeO和Fe2O3杂质)和硫酸制取硫酸锌溶液时,需先后加入H2O2
溶液和碳酸锌精制,加入H2O2溶液时发生反应的离子方程式为,
加入碳酸锌的目的是将溶液中的Fe3+转化为红褐色沉淀,写出该反应的化学方程式:
5、磷酸亚铁锂(LiFePO4)是一种新型汽车锂离子电池的电极材料。
某化工厂以铁红、锂辉石
(1)从滤渣I可得到Al2O3,如图所示。
请写出生成沉淀的离子方程式
滤渣I—>溶液含Al3+
过量试剂a
>
沉淀
灼烧
>Al2O3
LiAI(SiO3)2(含少量Ca"、Mg2+的盐卜炭粉等为原料生产磷酸亚铁锂。
其主要工艺流程如下。
.250〜300C
已知:
2LiAl(SiO3)2+H2SO4(浓)===========Li2SO4+AI2O34SiO2H2OJ。
温度/C
20
40
60
80
溶解度(Li2CO3)/g
1.33
1.17
1.01
0.85
溶解度(Li2SO4)/g
34.2
32.8
31.9
30.7
(2)滤渣n的主要成分是(填化学式)。
⑶向滤液n中加入饱和Na2CO3溶液,过滤后,用“热水洗涤”的原因是
(4)写出在高温下制得磷酸亚铁锂的化学反应方程式。
放电
⑸磷酸亚铁锂电池总反应为FePO4+Li予亍LiFePO4,电池中的固体电解质可传导Li
J试写出该电池放电时的正极反应:
。
若用该电池电解足量饱和食盐水(电解池电
极均为惰性电极),当电解池两极共有4480mL气体(标准状况)产生时,该电池消耗锂的质
量为。
6.铬铁矿的主要成分的化学式为FeOCr2O3,还含
有SiO2、Al203等杂质。
工业上常采用固体碱熔氧化法用铬铁矿粉制备重铬酸钾,流程为
已知:
①NaFeO2遇水强烈水解;
2重铬酸钾为橙红色针状晶体,溶于水,不溶于乙醇,
有强氧化性;
32CrO4「+2H=Cr2O2「+出0
(1)灼烧操作一般在坩埚中进行,下列物质适合用来制作此实验坩埚材料的是
A.铁B.氧化铝C.石英D.陶瓷
(2)①铬铁矿经粉碎处理的目的是;
2写出C「2O3和纯碱、氧气反应生成Na2CrO4的化学方程式为;
3NaFeO2水浸时强烈水解生成氢氧化铁沉淀,离子方程式为
⑶滤液1的成分除Na2CrO4、NaOH夕卜,还含有
(填化学式)。
⑷通过途径1从Na2CrO4溶液获得K262O7晶体,操作步骤有:
“酸化”宀加KCl固体宀蒸发浓缩f操作af过滤f洗涤f干燥。
1“酸化”步骤用醋酸调节溶液pH<5,其目的是;
2操作a的名称。
7.(12分)以电石渣[主要成分为Ca(OH)2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如下:
H,OCkKCl
TT__7
电石逢一li代H过滤IKWy同悴
(1)氯化过程控制电石渣过量,在75C左右进行。
氯化时存在Cl2与Ca(OH)2作用生成
Ca(ClO)2的反应,Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2,少量Ca(ClO)2分解为CaCl2和02。
1生成Ca(ClO)2的化学方程式为▲。
2提高Cl2转化为Ca(CIO3)2的转化率的可行措施有▲(填序号)。
A.适当减缓通入Cl2速率B.充分搅拌浆料C.加水使Ca(OH)2完全溶解
(2)氯化过程中Cl2转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为
6Ca(OH)2+6Cl2=Ca(CIO3)2+5CaCl2+6H2O
氯化完成后过滤。
1滤渣的主要成分为▲(填化学式)。
2滤液中Ca(CIO3)2与CaCl2的物质的量之比n[Ca(ClO3)2]:
n[CaCl2]▲1:
5(填“〉、
“<或“=)。
(3)向滤液中加入稍过量KCI固体可将Ca(CIO3)2转化为KCIO3,若溶液中KCIO3的含量
为100g?
L「1,从该溶液中尽可能多地析出KCIO3固体的方法是▲o
70
冊
3D
20
)0
020406080ItX)
8.(8分)
KAI(SO4)212H2O(明矶)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。
实验室中,采用废易拉罐(主要成分为AI,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矶的过程如下图所示。
回答下列问题:
(1)为尽量少引入杂质,试剂①应选用—(填标号)。
a.HCI溶液b.H2SO4溶液c.氨水d.NaOH溶液
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为
(3)沉淀B的化学式为;将少量明矶溶于水,溶液呈弱酸性,其原因是。
9•硼及其化合物在工业上有许多用途。
以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5gH2O和FeO,
还有少量FezO3、FeO、CaO、AI2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
T
过池
—淨化餘虫
1-
V
燕壇液繃T冷却給品
过:
世创城妁
1
1
T
回答下列问题:
(1)写出Mg2B2°5gH2°与硫酸反应的化学方程式。
为提高浸出速率,除
适当增加硫酸浓度浓度外,还可采取的措施有(写出两条)°
(2)利用的磁性,可将其从“浸渣”中分离。
浸渣”中还剩余的物质是(化
学式)。
(3)净化除杂”需先加H2。
2溶液,作用是。
然后在调节溶液的pH约为5,目的
/Jxo
(4)粗硼酸”中的主要杂质是(填名称)。
(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式
为。
(6)单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。
以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,
用化学方程式表示制备过程。
10•无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。
(1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体,其反应的离子方程式为。
(2)工业上用铝土矿(主要成分为A.。
3,含有Fe2°3、Si。
?
等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下:
物质
SiCl4
AICI3
FeCl3
FeCl2
沸点/C
57.6
180(升华)
300(升华)
1023
1步骤I中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多,其作用是_(只要求写出一种)
2步骤n中若不通入氯气和氧气,则反应生成相对原子质量比硅大的单质是_。
3已知:
(】)Al2°3(s)+3C(s)=2Al(s)+3C°(g)moL
⑷2AlCl3(g)=2Al(s)+3Cl2(g)出=+1169輿mol-1
由Al2°3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为。
4步骤川经冷却至室温后,气体用足量的NaOH冷溶液吸收,生成的盐主要有3种,其化
学式分别为
5
用白云石(主要含CaC°3
结合流程及相关数据分析,步骤V中加入铝粉的目的是
11.七铝十二钙(12Ca°g7Al2°3)是新型的超导材料和发光材料,和MgC°3)和废铝片制备七铝十二钙的工艺如下:
溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,
大于(Mg(°H)2的
原因是,
;若滤液I中仅通入C°2,会
(1)煅粉主要含Mg°和,用适量的NH4N°3
若溶液I中c(Mg)小于510moigL,则溶液phK=51012
sp_);该工艺中不能用(NH4)2S°4代替NH4NO3,
(2)滤液I中的阴离子有(忽略杂质成分的影响)
生成,从而导致CaC°3产率降低。
(3)用Na°H溶液可除去废Al片表面的氧化膜,反应的离子方程式为
(4)电解制备AI(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应方程式为
(5)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlCl4-和Al2CI7-两种离子在Al电极上相互转
化,其它离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为。
活优辑铁矿FeTOj空气
12为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的工业原料FeSO4(反应条件略)
活化硫铁矿还原Fe2+的主要反应为:
FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4,不
考虑其他反应,请回答下列问题:
(1)第1步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是。
2+
(2)检验第n步中Fe是否完全还原,应选择(填字母编号)
A.KMnO4溶液B.K2Fe(CN)4溶液C.KSCN溶液
(3)第川步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后再第VI步通入空气使溶液pH降到5.2,
2+
(4)
(5)
FeSO4可转化为FeCO3,已知25C,101kPa时:
此时Fe不沉淀,滤液中铝、硅杂质除尽。
通入空气引起溶液pH降低的原因是。
FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
c(s)+O2(g)=CO2(g)
4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)H=-1648kJ/mol
H=-393kJ/mol
H=-1480kJ/mol
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s)
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是。
(6)加入烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%。
将akg质量分数为b%的硫酸加入到
ckg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,其他杂质浸出消耗掉饿硫酸以及调pH后溶液呈微酸
性所残留的硫酸忽略不计。
按上述流程,第川步应加入FeCO3kg。
1[答案]
(1)Al(OH)3
(2)4LiMn2O4+4H++°2===8MnO2+4Li++2出。
(3)烧杯、漏斗、玻璃棒玻璃棒下端靠在滤纸的单层处,导致滤纸破损;漏斗中液面
高于滤纸边缘(其他合理答案均可)(4)6.4(或6.36)
2答案:
(1)增大反应物接触面积或增大反应速率(或使反应更充分)
(2)叵]Fe(OH)2+[7ClO-+H旦2O===叵]Fe(OH)3+皿C「
⑶FeO(OH)(4)8.0 ⑹蒸发浓缩冷却结晶(7)125m2/81m1 3答案: (1)NH3氨气在水中的溶解度远大于二氧化碳,先通入氨气产物的量较多2NH3 +2CO2+Na2CrO4+2H2O===2NaHCO3J+(NH4)2CrO4 (2)不可以酸溶时要形成硫酸钙沉淀析出,而氯化钙不沉淀(3)2NH;+CaO===Ca2+ +2NH3f+H2O(4)NH3 4答案: (1)焦炭燃烧放热,提供反应所需的温度;提高重晶石的利用率 cCO2 (2)K=4A(3)BaS+ZnSO4===BaSO4J+ZnSJ cCO (1)Mg2B2O5gH2O2H2SO4@2H3BO32MgSO4 提咼反应温度、减小铁硼矿粉粒径 (2分) (2分) 10.(15分) 3+ (1)AI+3H2O? AI(OH)3+3H (2[①防止后续步骤生成的AICI3水解或增大反应物的接触面积,加快反应速率 ④NaCI、NaCIO、NaCQ3⑤除去FeCI3,提高AICI3纯度 (1)Ca°11Ca2+与so4在溶液中不能大量共存,使用(NH4)2SO4会产生 CaS04沉淀,不利于CaO溶解 (2)NO3、OH Ca(HCO3)2 (3) (3)AI2O3+2OH2AlO2H2O (4)2AI+6H2O点解2AI(OH)3+3H2 (5)Al3e7AICI44AI2CI7 12.(16分) (1)Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O (2)C 2+3+3++ (5)FeS>+4Li+4e Fe+2Li2S或FeS2+4e Fe+2S2 Fe被氧化为Fe,Fe水解产生H 4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g) 29ab1131c
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