2020年高考化学二轮专题突破通用版题型特训13第9题化学工艺流程综合题AWord版含解析

1.(2019全国2,26)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白),是一种常用的白色颜料。回答下列问题: (1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时,钡的焰色为 (填标号)。 A.黄色 C.紫色

B.红色 D.绿色

(2)以重晶石(BaSO4)为原料,可按如下工艺生产立德粉:

①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式

为 。 回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式

为 。

②在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差,其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的 (填化学式)。 ③沉淀器中反应的离子方程式为 。

(3)成品中S2-的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品,置于碘量瓶中,移取25.00 mL 0.100 0 mol·L-1的I2-KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5 min,有单质硫析出。以淀粉为指示

-剂,过量的I2用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+2S2O23

-2I-+S4O26。测定时消耗

Na2S2O3溶液体积V mL。终点颜色变化为 ,样品中S2-的含量为 (写出表达式)。

2.(2019重庆南开中学一模)高纯MnCO3在电子工业中有重要的应用,湿法浸出软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe、Al、Mg等杂质元素)制备高纯碳酸锰的实验过程如下:

(1)浸出时温度控制在90~95 ℃之间,并且要连续搅拌3小时的目的是 ,植物粉的作用是 。 (2)除杂过程的操作如下:

①向浸出液中加入一定量的碳酸锰矿,调节浸出液的pH为3.5~5.5。 ②再加入一定量的软锰矿和双氧水,过滤。 ③……

操作①中使用碳酸锰调pH的优势是 ;操作②中加入双氧水不仅能将Fe2+氧化为Fe3+,而且能提高软锰矿的浸出率。写出双氧水提高软锰矿浸出率的离子方程式 。

(3)在30~35 ℃下,将碳酸氢铵溶液滴加到硫酸锰净化液中,控制反应液的最终pH在6.5~7.0,可得到MnCO3沉淀。温度控制在35 ℃以下的原因是 ;该反应的化学方程式为 ;生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤,检验洗涤是否完全的方法是 。

(4)已知室温下,Ksp(MnCO3)=1.8×10-11,Ksp(MgCO3)=2.6×10-5,当离子浓度小于1.0×10-5 mol·L-1时,表示该离子沉淀完全。若净化液中的c(Mg2+)=10-2 mol·L-1,试计算说明Mg2+的存在是否会影响MnCO3的纯度。

3.银的冶炼有很多方法,在《天工开物》均有记载,而现代流行的“氰化法”,用NaCN溶液浸出矿石中的银的方法是最常用的方法。该方法具备诸多优点:银的回收率高、对游离态和化合态的银均能浸出、对能源消耗相对较少、生产工艺简便等,但氰化物通常有毒。其炼制工艺简介如下:

(1)矿石需要先进行破碎、研磨,其目的是 。 (2)写出该工艺的一个明显的缺点 。

(3)用NaCN浸泡矿石(该矿石是辉银矿,其主要成分是Ag2S)时,反应容器处于开口状态,产生的银以[Ag(CN)2]-形式存在,硫元素被氧化至最高价,试写出主要反应的离子方程式: 。

(4)在矿石中银往往和锌、铜、金等元素伴生,故氰化法得到的银中往往因含有上述金属而不纯净,需

要进一步纯化,从而获得纯净的银。其中方法之一就是进行电解精炼,在精炼过程中,含有杂质的银作 (填“阴”或“阳”)极,该电极上发生的主要反应式为 ,金以 形式存在。 (5)有人提出了另外的提纯银的方案,先将锌粉还原后的混合金属用略过量的溶解,通过精确调整溶液的pH来进行金属元素分离,已知: ①溶解后的离子浓度如下表:

物质的量浓度/mol·L-1 Zn2+ 0.001 Cu2+ 0.002 Ag+ 0.5

②某些金属离子的氢氧化物Ksp如下:

Ksp Zn2+ 1.0×10-17 Cu2+ 2.0×10-20 Ag+ 2.0×10-8 ……

若lg 2=0.3,该设计方案 (填“可行”或“不可行”),其原因是 。

4.(2019全国3,26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如下图所示。回答下列问题:

相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:

金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Mn2+ 8.1 10.1 Fe2+ 6.3 8.3 Fe3+ 1.5 2.8 Al3+ 3.4 4.7 Mg2+ 8.9 10.9 Zn2+ 6.2 8.2 Ni2+ 6.9 8.9

(1)“滤渣1”含有S和 ;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式 。 (2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是 。

(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为 ~6.0之间。 (4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是 。 (5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是 。 (6)写出“沉锰”的离子方程式 。

(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时,z= 。

1

35.(2019辽宁沈阳高三一模)CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下:

已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等。

-2+-②酸性条件下,ClO-3不会氧化Co,ClO3转化为Cl。

③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表(金属离子浓度为0.01 mol·L-1):

沉淀物 开始沉淀 完全沉淀 Fe(OH)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Co(OH)2 7.6 9.2 Al(OH)3 4.0 5.2 Mn(OH)2 7.7 9.8

④CoCl2·6H2O熔点为86 ℃,加热至110~120 ℃时,失去结晶水生成无水氯化钴。 请回答:

(1)写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式 。 (2)向浸出液中加入NaClO3发生主要反应的离子方程式为 。

(3)“加Na2CO3调pH至5.2”,过滤所得到的沉淀X成分为 。

(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示,萃取剂使用的适宜pH范围是 。(填选项序号字母)

A.1.0~2.0 B.2.5~3.5 C.4.0~5.0

(5)制得的CoCl2·6H2O在烘干时需减压烘干的原因是 。

(6)为测定粗产品中CoCl2·6H2O的含量,称取2 g的粗产品溶于水,配成100 mL溶液,取出20 mL置于锥形瓶,加入K2CrO4做指示剂(Ag2CrO4为砖红色沉淀),用0.2 mol·L-1的AgNO3溶液滴定至终点,重复2~3次,平均消耗AgNO3标准溶液10.00 mL。该粗产品中CoCl2·6H2O的质量分数为 。用K2CrO4做指示剂时,需要控制溶液pH为6.5~10.5,试分析原因是 。

参

题型特训13 第9题 化学工艺流程综合题A

1.答案 (1)D (2)①BaSO4+4C

-+Ba2++Zn2++SO24

BaS+4CO↑ CO+H2O

CO2+H2 ②BaCO3 ③S2-

ZnS·BaSO4↓

1

(25.00-2𝑉)×0.100 0×32

(3)浅蓝色至无色

𝑚×1 000×100%

解析 (1)常见的金属元素在焰色反应中呈现的焰色分别为:钠—黄色、钾—紫色(透过蓝色钴玻璃观察)、钙—砖红色、锶—洋红色、铜—绿色、钡—黄绿色。

(2)①由于焦炭过量,故C被氧化为CO,反应的化学方程式为4C+BaSO4

BaS+4CO↑;根据生成CO2和一种清洁能源气体的信息可以写出CO与H2O反应生成CO2与H2的化学方程式。②根据信息结合框图可知,还原料的主要成分为BaS,BaS表面与空气中的H2O和CO2反应生成有臭鸡蛋气味的H2S和难溶于水的BaCO3。③根据立

-德粉的化学式和框图可知离子反应方程式为Ba2++S2-+Zn2++SO24

ZnS·BaSO4↓。

(3)碘单质能使淀粉溶液显蓝色,当I2全部被消耗完后,溶液蓝色褪去。 根据反应:I2+S2--S↓+2I-,I2+2S2O23

-2-2-2I-+S4O26,n(S)+2n(S2O3)=n(I2),因

1

此,n(S2-)=(25.00×0.100 0×10-3-2V×0.100 0×10-3) mol,故样品中S2-的含量为

1

(25.00-2𝑉)×0.100 0×32

1

𝑚×1 000

×100%。

2.答案 (1)使软锰矿粉充分反应,提高软锰矿中锰的浸出率 作还原剂

(2)增加MnCO3的产量(或不引入新的杂质等) MnO2+H2O2+2H+Mn2++2H2O+O2↑

(3)减少碳酸氢铵的分解,提高原料利用率 MnSO4+2NH4HCO3

MnCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O 取最后一次的洗涤滤液1~2 mL置于试管中,向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则表明已洗涤干净

(4)Ksp(MnCO3)=c(Mn

11

-6

-1

2+

-)·c(CO23),当

Mn

2+

-1.8×10沉淀完全时,c(CO23)=-5-11

1.0×10

mol·L-

=1.8×10 mol·L,若Mg也能形成沉淀,则要求c(Mg)>

2+2+

2.6×10-51.8×10

L-1≈14.4 mol·L--6 mol·,Mg2+的浓度为0.01 mol·L-1,远小于14.4 mol·L-1,所以Mg2+的存在不会影响MnCO3的

纯度。

解析 湿法浸出软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe、Al、Mg等杂质元素)制备高纯碳酸锰,加入浓硫酸和植物粉浸出、过滤得到滤液并除去杂质,加入碳酸氢铵形成沉淀,再通过一系列操作可得到高纯碳酸锰。

(1)升温、搅拌都可以加快物质的溶解反应速率,浸出时温度控制在90~95 ℃之间,并且要连续搅拌3小时的目的是提高软锰矿中锰的浸出率。加入植物粉作还原剂。

(2)使用碳酸锰调pH的优势是增加MnCO3的产量且不引入新的杂质。酸性溶液中二氧化锰氧化过氧化氢生成氧气,同时二氧化锰被还原为锰离子,反应的离子方程式为MnO2+H2O2+2H+

Mn2++2H2O+O2↑。

(3)根据碳酸氢铵受热易分解分析,温度控制在35 ℃以下的原因是防止碳酸氢铵分解,在30~35 ℃下,将碳酸氢铵溶液滴加到硫酸锰净化液中,控制反应液的最终pH在6.5~7.0,可得到MnCO3沉淀、硫酸铵、二氧化碳和水,反应的化学方程式为MnSO4+2NH4HCO3

MnCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。生成的MnCO3沉淀需经充分

洗涤,检验洗涤是否完全的方法是取最后一次的洗涤滤液1~2 mL置于试管中,向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则表明已洗涤干净。

(4)Ksp(MnCO3)=c(Mn

1

-6

-1

2+

-)·c(CO23),当

Mn

2+

-1.8×10沉淀完全时,c(CO2L-3)=-5 mol·

-11

1.0×10

=1.8×10 mol·L,若Mg也能形成沉淀,则要求c(Mg)>

2+2+

2.6×10-51.8×10

L-1≈14.4 mol·L-1,-6 mol·

净化液中Mg2+的浓度为0.01 mol·L-1,远小于14.4 mol·L-1,则Mg2+的存在不会影响MnCO3的纯度。

3.答案 (1)增大接触面积,提高反应速率

(2)NaCN有剧毒,会污染环境(生成有毒HCN,生产工艺不环保,对环境不友好等) (3)Ag2S+4CN-+2O2(4)阳 Ag-e--2[Ag(CN)2]-+SO24

Ag+、Zn-2e-Zn2+、Cu-2e-Cu2+ 阳极泥

(5)不可行 在调整溶液的pH时,各离子沉淀的pH相近,难以逐一沉淀 解析 (1)矿石需要先进行破碎、研磨,其目的是增大接触面积,提高反应速率。

(2)根据题干提示,氰化物有毒,所以该工艺的一个明显的缺点是NaCN有剧毒,会污染环境。

(3)根据提示可知,反应的离子方程式为Ag2S+4CN-+2O2

-2[Ag(CN)2]-+SO24。

(4)根据电解的原理,要除去杂质,需要将银溶解,故将有杂质的银作阳极,使其失电子,该电极上发生的主要反应为:Ag-e-Ag+、Zn-2e-Zn2+、Cu-2e-Cu2+。金的活泼性

不如Ag,金不会失电子,最终会在阳极下面以阳极泥的形式存在。

(5)由Zn(OH)2(s)开始沉淀时

-

Zn2+(aq)+2OH-(aq)可得,Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)·c2(OH-),当锌离子

=

-17

1×10-1-7-1√ mol·L=10 mol·L,溶液0.001

𝐾sp

c(OH)=√𝑐(Zn2+)1×10-1710

-5

pH=7。当Zn2+完全沉

淀时c(OH)=√

-

mol·L-1=10-6 mol·L-1,溶液pH=8。

由Cu(OH)2(s)

-20

Cu2+(aq)+2OH-(aq)得,当铜离子开始沉淀时c(OH-)=√𝑐(Cu2+)=

-20

𝐾sp

-1-8.5-12+-√2.0×10√2.0×10 mol·L=10 mol·L,溶液pH=5.5,当Cu完全沉淀时c(OH)= -50.002

10

mol·L-1=√2×10-15 mol·L-1,进一步计算可得溶液pH=6.65。

由AgOH(s)Ag(aq)+OH(aq)得,当银离子开始沉淀时

+-

𝐾sp

c(OH)=𝑐(Ag+)

-

=

2.0×10-8

0.5

mol·L-1=4×10-8 mol·L-1,进一步计算可得溶液pH=6.6。当Ag+完全沉淀时c(OH)=

-

2.0×10-810

-5

mol·L-1=2×10-3 mol·L-1,pH=11.3。

根据以上数据可知,在调整溶液的pH时,各离子的沉淀pH相近,难以逐一沉淀。 4.答案 (1)SiO2(或不溶性硅酸盐) MnO2+MnS+2H2SO4

(2)将Fe2+氧化为Fe3+ (3)4.7 (4)NiS和ZnS

(5)F-与H+结合形成弱电解质HF,MgF2(6)Mn2++2HCO-3(7)3

解析 (1)加硫酸“溶浸”过程中MnO2将MnS中的S2-氧化为单质硫:MnO2+MnS+2H2SO4

2MnSO4+S+2H2O。天然锰矿中含有的二氧化硅(或硅酸盐)不

溶于稀硫酸,所以滤渣1为S和二氧化硅(或不溶性硅酸盐)。

(2)“溶浸”时杂质Fe、Al、Mg、Zn、Ni等元素也都转化为相应的硫酸盐,其中铁元素部分以Fe2+存在,结合金属离子沉淀时的pH范围,加MnO2是将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,以方便后面将其转化为沉淀除去。(3)~(5)结合题给表格中金属离子沉淀时的pH范围可知,加氨水“调pH”主要是沉淀Fe3和Al3+[滤渣2为Fe(OH)3和Al(OH)3],根据题给氢氧化物沉淀的pH范围可知需控制的pH范围为4.7~6.0。而后面加Na2S完成的“除杂1”是沉淀Zn2+和Ni2+,则滤渣3为ZnS和NiS。加MnF2完成的“除杂2”是沉淀Mg2+,滤渣4为MgF2。若沉淀Mg2+时溶液酸性较强,H+会与F-生成弱电解质HF,使平衡MgF2(s)Mg2+(aq)+2F-(aq)右移,则导致Mg2+沉淀不完全。

(6)流程图中加NH4HCO3是为了沉淀Mn2+,产物为MnCO3,同时生成CO2和(NH4)2SO4、H2O。

+

2MnSO4+S+2H2O

Mg2++2F-平衡向右移动

MnCO3↓+CO2↑+H2O

1

(7)根据化合物中元素化合价的代数和为0可列式计算:(+1)+(+2)×+(+3)×+(+4)×z+(-2)×2=0,解得z=3。

33-+

5.答案 (1)Co2O3+SO23+4H

-2Co2++SO24+2H2O

111

(2)6H++6Fe2++ClO-3(3)Fe(OH)3、Al(OH)3 (4)B

6Fe3++Cl-+3H2O

(5)降低烘干温度,防CoCl2·6H2O高温下失去结晶水

-(6)59.5% pH太小K2CrO4氧化Cl-(或转化为Cr2O27),pH太大又会生成Ag(OH)沉

淀(或Ag2O沉淀)

解析 (1)水钴矿主要成分为Co2O3和Co(OH)3,加入盐酸和亚硫酸钠,浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等,所以Co2O3和亚硫酸钠在酸性条件下发生氧

-+化还原反应,根据电荷守恒和得失电子守恒,反应的离子方程式为Co2O3+SO23+4H-2Co2++SO24+2H2O。

2++

(2)NaClO3的作用是将Fe2+氧化成Fe3+,其反应的离子方程式为ClO-3+6Fe+6H

Cl-+6Fe3++3H2O。

(3)NaClO3的作用是将Fe2+氧化成Fe3+,加Na2CO3调pH至5.2,铝离子与碳酸根离子发生相互促进的水解反应生成氢氧化铝和二氧化碳,水解的离子方程式为

-2Al3++3CO23+3H2O

2Al(OH)3↓+3CO2↑。铁离子能与碳酸根离子发生相互促进的水解

-反应生成氢氧化铁和二氧化碳,水解的离子方程式为2Fe3++3CO23+3H2O

2Fe(OH)3↓+3CO2↑,所以沉淀X的成分为Fe(OH)3、Al(OH)3。

(4)根据流程图可知,此时溶液中存在Mn2+、Co2+,由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知,调节溶液pH在3.0~3.5之间,可使Mn2+完全萃取,并防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀,故选B。

(5)根据题意知,CoCl2·6H2O常温下稳定、无毒,加热至110~120 ℃时,失去结晶水变成有毒的无水氯化钴,为防止其分解失水,制得的CoCl2·6H2O需降低烘干温度,即采用减压烘干的方法。

(6)CoCl2·6H2O~2AgNO3

238 g x

2 mol

0.2 mol·L-1×0.01 L

238 g2mol

= -1𝑥0.2mol·L×0.01 L

x=0.238 g

则CoCl2·6H2O的纯度为

100

0.238 g×202 g×100%=59.5%

-pH太小K2CrO4会氧化Cl-(或转化为Cr2O27),pH太大又会生成AgOH沉淀,所以需

要控制溶液pH为6.5~10.5。