化学工艺流程精题例析.docx
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化学工艺流程精题例析
化学工艺流程题精题例析
1.某废渣中含有Al2O3和Cr2O3(三氧化二铬),再次回收利用工艺流程如下。
回答下列问题:
(1)滤液1中阴离子为CrO42-和AlO2-,X的电子式是_______。
写出滤液1与过量气体X反应生成Al(OH)3的离子方程式:
_____________________。
(2)“熔烧”中反应之一是4Na2CO3+2Cr2O3+3O2=4Na2CrO4+4X,该反应中被氧化的物质是______(填化学式);若该反应转移6mol电子,则生成_____molNa2CrO4。
(3)“还原””中加入适量稀硫酸,调节pH=5,氧化产物为SO42-。
写出离子方程式____________。
(4)已知该废料中含铬元素质量分数为a%,wt这样废料经上述流程提取mkgCr2O3。
则该废料中铬元素回收率为_______(用代数式表示)。
(已知回收率等于实际回收质量与理论质量之比)
【答案】
(1)
AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
(2)Cr2O32
(3)8CrO42-+3S2O32-+34H+=6SO42-+8Cr3++17H2O
(4)
【解析】Al 2O3与Na2CO3反应生成NaAlO2和X气体CO2,Cr2O3与Na2CO3反应生成Na2CrO4和X气体CO2,发生的反应为:
4Na2CO3+ 2Cr2O3+ 3O2=4Na2CrO4+ 4CO2,过滤得滤液1中阴离子为CrO42-和AlO2-,通入CO2,得到Al(OH) 3,离子方程式:
AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-。
滤液2中CrO42-,“还原””中加入适量稀硫酸,调节pH=5,发生反应:
8CrO42-+3S2O32-+34H+=6SO42-+8Cr3++17H2O,加氨水反应后得到Cr(OH)3,加热分解得Cr2O3。
(1)滤液1中阴离子为CrO42-和AlO2-,X是CO2电子式是
。
滤液1主要成分为NaAlO2,与过量气体X反应生成Al(OH) 3的离子方程式AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-。
(2)“熔烧”中反应之一是4Na2CO3+ 2Cr2O3+ 3O2=4Na2CrO4+ 4X,铬元素由+3价升高为+6价,该反应中被氧化的物质是Cr2O3;由方程式每生成4molNa2CrO4,转移12mol电子,若该反应转移6mol电子,则生成2mol Na2CrO4。
(3)“还原””中加入适量稀硫酸,调节pH=5,氧化产物为SO42-。
离子方程式8CrO42-+3S2O32-+34H+=6SO42-+8Cr3++17H2O。
(4)mkgCr2O3中含铬mkg×
,该废料中含铬元素质量分数为a%,wt这样废料中含铬1000wkg×a%,则该废料中铬元素回收率为
×100%=
。
2.高铁酸钾(K2FeO4)是—种极强的氧化剂,常应用于饮用水处理,其工业制备方法如图所示:
(1)高铁酸钾中铁元素的化合价是__________价。
(2)反应I的目的是________________________________。
(3)反应II的离子方程式为________________________________。
(4)洗涤粗品时选用乙醇而不用水的理由是________________________________。
(5)己知生成高铁酸钾的反应为Na2FeO4+2KOH
K2FeO4↓+2NaOH,请你解释加入饱和KOH溶液能生成高铁酸钾的理由是_________________________。
(6)为了提高生活用水的卫生标准,自来水厂常使用高铁酸钾(K2FeO4)进行消毒、净化以及改善水质,其消毒原理是______________________。
(7)可用亚铬酸盐滴定法测定高铁酸钾含量,滴定时有关反应的离子方程式为:
①FeO42-+CrO2-+2H2O== CrO42-+Fe(OH)3↓+OH-
②2CrO42-+2H+=CrO72-+H2O
③CrO72-+6Fe2++14H+= 2Cr3++6Fe3++7H2O
现称取2.084g高铁酸钾样品溶于适量NaOH溶液中,加入稍过量的NaCrO2,充分反应后过滤,滤液在250mL容量瓶中定容。
每次取25.00mL加入稀硫酸酸化,用0.1000mol·L-1的FeSO4标准溶液滴定,三次滴定消耗标准溶液的平均体积为20.00mL。
则上述样品中K2FeO4的质量分数为______________。
【答案】
(1)+6
(2)生成氧化剂NaClO
(3)2Fe3++3ClO-+l0OH-==2FeO42-+3Cl-+5H2O
(4)减少高铁酸钾的损失
(5)K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度,增大K+浓度,平衡向正反应方向移动,促进K2FeO4晶体析出
(6)高铁酸钾具有强氧化性,能杀菌消毒,在水中被还原生成Fe(OH)3胶体、有吸附性起净水作用
(7)63.3%(63.0~64.0%)
【解析】反应Ⅰ为:
2NaOH+Cl2═NaCl+NaClO+H2O,由湿法制备信息,可知反应Ⅱ:
3ClO-+10OH-+2Fe3+=2FeO42-+3Cl-+5H2O,调节溶液pH,使溶液Fe3+、FeO42-转化为沉淀,加入KOH溶液溶解,过滤除去氢氧化铁,再加入饱和KOH溶液可以增大K+浓度,促进K2FeO4晶体析出。
(1)高铁酸钾K2FeO4中K的化合价为+1价,O的化合价为-2价,根据正负化合价的代数和为0,铁元素的化合价为+6价;
(2)反应I是氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠与水,反应方程式为2NaOH+Cl2═NaCl+NaClO+H2O,目的是生成氧化剂NaClO;(3)由湿法制备信息,可知碱性条件下,ClO-与Fe3+反应得到FeO42-,ClO-被还原为Cl-,离子方程式为3ClO-+10OH-+2Fe3+=2FeO42-+3Cl-+5H2O;(4)高铁酸钾K2FeO4易溶于水,难溶于水有机溶剂,因此洗涤粗品时选用乙醇而不用水可以减少高铁酸钾的损失;(5)K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度,增大K+浓度,平衡向正反应方向移动,促进K2FeO4晶体析出,因此加入饱和KOH溶液能生成高铁酸钾;(6)高铁酸钾具有很强的氧化性,能杀菌消毒,在水中被还原生成Fe(OH)3胶体,有吸附性,可以吸附水中的吸附物质,自来水厂常使用高铁酸钾(K2FeO4)进行消毒、净化以及改善水质;(7)根据反应①②③,可得关系2FeO42-~2CrO42-~Cr2O72-~6Fe2+,FeSO4的物质的量为0.1000mol•L-1×20.00×10-3L=2.000×10-3mol,所以K2FeO4的物质的量为
×2.000×10-3mol,进而求得其质量为
×2.000×10-3×198g=0.132g,所以样品中K2FeO4的质量分数为
×100%=63.3%。
3.Cu2O是一种几乎不溶于水的氧化物,在涂料、玻璃等领域应用非常广泛。
一种以硫化铜矿石(含CuFeS2、Cu2S等)为原料制取Cu2O的工艺流程如下:
(1)“硫酸化焙烧”时:
①硫化铜矿需粉碎的目的是_________;②CuS与O2反应生成CuSO4等物质的化学方程式为________;③加入Na2SO4的作用除减小物料间黏结外,另一主要作用是__________。
(2)“浸取”时为提高铜的浸取率,除需控制硫酸的浓度外,还需控制_________(至少列举两点)。
(3)“制备”时,溶液的pH与Cu2O的产率关系如右图所示。
①在100℃时,发生反应的离子方程式为__________
②图中在4 【答案】 (1)①提高硫化铜矿的利用率②2Cu2S+5O2 2CuSO4+2CuO③提高焙烧产物中 (2)CuSO4比例浸取温度、浸取时间、液固物质的量之比、焙烧产物颗粒的直径等 (3)2Cu2++3SO32- Cu2O↓+SO42-+2SO2↑ (4)pH越小时Cu2O越易与H+发生反应,生成Cu和Cu2+ 【解析】 (1)“硫酸化焙烧”时: ①硫化铜矿需粉碎的目的是增大接触面积,提高硫化铜矿的利用率;②CuS与O2反应生成CuSO4等物质的化学方程式为2Cu2S+5O2 2CuSO4+2CuO;③加入Na2SO4的作用除减小物料间黏结外,另一主要作用是增大SO42-浓度,提高焙烧产物中CuSO4比例; (2)“浸取”时为提高铜的浸取率,除需控制硫酸的浓度外,还需控制浸取温度、浸取时间、液固物质的量之比、焙烧产物颗粒的直径等;(3)①在100℃时,Cu2+还原成Cu2O,SO32-氧化成SO42-,发生反应的离子方程式为2Cu2++3SO32- Cu2O↓+SO42-+2SO2↑;②图中在4 4.NaI用作制备无机和有机碘化物的原料,也用于医药和照相等,工业利用碘、氢氧化钠和铁屑为原料可生产NaI,其生产流程如下图。 (1)碘元素在周期表中的位置为______________________。 (2)反应①的离子方程式为___________________________________________。 (3)反应②加入过量铁屑的目的是_________________,过滤所得固体1中除剩余铁屑外,还有红褐色固体,则加入铁屑时发生反应的化学方程式为____________________。 (4)溶液2中除含有H+外,一定还含有的阳离子是_______________;试设计实验验证溶液2中该金属阳离子的存在: ___________________________________________。 (5)溶液2经一系列转化可以得到草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O,相对分子质量180),称取3.60g草酸亚铁晶体,用热重法对其进行热分解(隔绝空气加热),得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如右图所示: ①分析图中数据,根据信息写出过程I发生的化学方程式: ____________________。 ②300℃时剩余固体只含一种成分且是铁的氧化物,写出过程II发生的化学方程式: ________________。 【答案】 (1)第五周期第VIIA族 (2)3I2+6OH- 5I-+IO3-+3H2O (3)将NaIO3完全转化为NaI2Fe+3H2O+NaIO3=NaI+2Fe(OH)3↓ (4)Fe2+取少量溶液2加入酸性高锰酸钾溶液,若溶液褪色,则含Fe2+;或取少量溶液2加入K3[Fe(CN)6]溶液,若有蓝色沉淀生成,则含Fe2+ (5)①FeC2O4·2H2O FeC2O4 +2H2O②FeC2O4·2H2O FeO+CO2↑+CO↑+2H2O 【解析】由流程可知,在加热条件下碘与氢氧化钠溶液反应生成了碘化钠和碘酸钠的混合液,加入铁粉把碘酸钠还原为碘化钠,过滤后,将滤液蒸发浓缩、降温结晶、过滤得到产品。 固体1是氢氧化铁和剩余的铁粉,氢氧化铁被稀硫酸溶解后生成硫酸铁溶液,硫酸铁可以被铁粉还原为硫酸亚铁。 (1)碘元素在周期表中的位置为第五周期第VIIA族。 (2)反应①的离子方程式为3I2+6OH- 5I-+IO3-+3H2O。 (3)反应②加入过量铁屑的目的是将NaIO3完全转化为NaI,过滤所得固体1中除剩余铁屑外,还有红褐色固体,该红褐色固体是氢氧化铁,则加入铁屑时发生反应的化学方程式为2Fe+3H2O+NaIO3=NaI+2Fe(OH)3↓。 (4)溶液2中除含有H+外,一定还含有的阳离子是Fe2+,因为Fe3+的氧化性比H+强且铁粉无剩余,所以还可能含有Fe3+,;设计实验验证溶液2中Fe2+的存在时,要考虑Fe3+的干扰,所以可以取少量溶液2加入酸性高锰酸钾溶液,若溶液褪色,则含Fe2+;或取少量溶液2加入K3[Fe(CN)6]溶液,若有蓝色沉淀生成,则含Fe2+。 (5)由题中信息可知,3.60g草酸亚铁晶体的物质的量为0.02mol,草酸亚铁晶体中n(Fe)=0.02mol,铁元素质量为56g/mol×0.02mol=1.12g,结晶水的物质的量为0.04mol,结晶水的质量为0.04mol g/mol=0.72g。 ①分析图中数据,过程I固体质量变为2.88g,3.60g-2.88g=0.72g,所以这个过程中失去了全部结晶水,所以过程I发生反应的化学方程式为FeC2O4·2H2O FeC2O4+2H2O。 ②300℃时剩余固体只含一种成分且是铁的氧化物,由图可知其质量为1.44g,其中铁元素的质量为1.12g,所以氧元素的质量为1.44g-1.12g=0.32g,求出n(O)=0.02mol,n(Fe): n(O)=1: 1,所以该氧化物为FeO,依据质量守恒定律可以写出过程II发生反应的化学方程式: FeC2O4·2H2O FeO+CO2↑+CO↑+2H2O。 5.重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。 制备流程如图所示: 回答下列问题: (1)步骤①的主要反应为: FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2,上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为__________。 该步骤不能使用陶瓷容器,原因是_________。 (2)滤渣1中含量最多的金属元素是_______,滤渣2的主要成分是__________及含硅杂质。 (3)步骤④调滤液2的pH使之变______(填“大”或“小”),原因是___________________(用离子方程式表示)。 (4)有关物质的溶解度如图所示。 向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。 冷却到___________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。 a.80℃b.60℃c.40℃d.10℃ 步骤⑤的反应类型是___________________。 【答案】 (1)2: 7陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 (2)FeAl(OH)3 (3)小2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O (4)d复分解反应 【解析】 (1)FeO·Cr2O3是还原剂,氧化产物为Na2CrO4和Fe2O3,每摩转移7mol电子,而NaNO3是氧化剂,还原产物为NaNO2,每摩转移2mol电子,根据电子守恒可知,FFeO·Cr2O3和NaNO3的系数比为2∶7;陶瓷在高温下会与Na2CO3反应,则熔融时不能使用陶瓷容器; (2)熔块中氧化铁不溶于水,过滤后进入滤渣1,则滤渣1中含量最多的金属元素是铁;滤渣2的含有偏铝酸根离子、硅酸根离子、铬酸根离子,调节pH并过滤后得到滤渣2为氢氧化铝及含硅杂质。 (3)调滤液2的pH目的是提高溶液的酸性,pH变小;使2CrO42—+2H+ Cr2O72—+H2O平衡正向移动,提高重铬酸根离子浓度,有利于K2Cr2O7固体析出。 (4)由图示可知,在10℃左右时,得到得到K2Cr2O7固体最多;发生复分解反应。 6.工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]工艺流程如下: 已知: 部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表: 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 开始沉淀 2.3 7.5 3.4 完全沉淀 3.2 9.7 4.4 回答下列问题: (1)反应I溶液中存在的金属阳离子有___________________________。 (2)加入少量NaHCO3的目的是调节pH,使溶液中的________(填“Fe3+”、“Fe2+”或“Al3+”)沉淀。 该工艺流程中“搅拌”的作用是______________________。 (3)反应Ⅱ的离子方程式为____________________________。 在实际生产中,反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量,O2与NaNO2在反应中均作______________。 若参与反应的O2有11.2L(标准状况),则相当于节约NaNO2的物质的量为________。 (4)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH)2+离子,可部分水解生成Fe2(OH)42-聚合离子。 该水解反应的离子方程式为____________________________。 (5)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。 根据我国质量标准,产品中不得含有Fe2+及NO3-。 为检验所得产品中是否含有Fe2+,应使用的试剂为________(填字母)。 A.氯水 B.KSCN溶液 C.NaOH溶液 D.酸性KMnO4溶液 【答案】 (1)Fe2+、Al3+ (2)Al3+加快反应速率(或使反应物充分接触) (3)Fe2++NO2-+2H+=Fe3++NO↑+H2O氧化剂2mol (4)2[Fe(OH)]2++2H2O [Fe2(OH)4]2++2H+ (5)D 【解析】废铁屑中含少量氧化铝、氧化铁等,将过量废铁屑加入稀硫酸中,发生反应Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O、Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO4,然后反应I中加入NaHCO3并搅拌,调节溶液的pH,发生反应Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑,滤渣中成分是Al(OH)3,过滤得到硫酸亚铁,向硫酸亚铁溶液中加入稀硫酸和NaNO2,酸性条件下,NaNO2和FeSO4发生氧化还原反应生成铁离子、NO,将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁。 (1)反应I溶液中存在的金属阳离子有Fe2+、Al3+; (2)根据氢氧化物沉淀需要的pH知,在pH在4.4-7.5之间将铝离子转化为Al(OH)3沉淀,而亚铁离子不能生成沉淀,加入少量NaHCO3的目的是调节pH,使溶液中的Al3+;该工艺流程中“搅拌”的作用是: 加快反应速率(或使反应物充分接触);(3)酸性条件下,亚硝酸钠具有氧化性,能将亚铁离子氧化为铁离子,自身被还原生成NO,所以反应Ⅱ中加入NaNO2的目的是氧化Fe2+,发生反应的离子方程式为2H++Fe2++NO2-=Fe3++NO↑+H2O;在实际生产中,反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量,若参与反应的O2有11.2L(标准状况),反应过程中提供电子相等,则相当于节约NaNO2的物质的量=(11.2L/22.4L·mol-1)×4/1=2mol;(4)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH)2+离子,可部分水解生成Fe2(OH)42-聚合离子,该水解反应的离子方程式为2[Fe(OH)]2++2H2O [Fe2(OH)4]2++2H+;(5)亚铁离子具有还原性,能被强氧化剂氧化生成铁离子,反应过程中颜色变化明显的效果最佳,A.氯水为黄绿色,Cl2将亚铁离子氧化为铁离子,溶液呈黄色,颜色变化不明显,故A不选;B.KSCN溶液和亚铁离子不反应,没有颜色变化,故B不选;C.NaOH溶液和亚铁离子反应生成白色沉淀,铁离子和氢氧根离子反应生成红褐色沉淀,掩盖氢氧化亚铁颜色,故C不选;D.酸性KMnO4溶液呈紫色,亚铁离子能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色,现象明显,故D选。 7.由工业级碳酸锂(含有少量碳酸镁等杂质)制备高纯碳酸锂。 实验过程如下: (1)实验室中在右图所示装置中进行碳化反应: ①碳化反应的主要反应离子方程式为__________。 ②碳化时温度需控制在30℃,可采取的措施是_________。 温度不宜过高的原因是________。 (2)用CO2调pH为8~9,其目的是__________。 (3)已知在不同温度下蒸发分解碳酸锂的产率与溶解度关系如图: 90℃以下,随温度升高,碳酸锂产率升高的原因可能是__________。 (4)请补充完整由滤液制备高纯碳酸锂的实验方案: 取滤液放置于烧杯中___________。 【答案】 (1)①CO2+Li2CO3+H2O=2Li++2HCO3-②给三颈烧瓶水浴加热二氧化碳溶解度降低且部分碳酸氢锂分解 (2)使少量的碳酸锂和氢氧化锂转化为碳酸氢锂,减少损失 (3)碳酸氢锂分解随温度升高而完全,碳酸锂溶解度随温度升高而减小 (4)在90℃下蒸发至出现大量晶体,趁热过滤,热水洗涤2~3次,干燥 【解析】 (1)①向碳酸锂悬浊液中通入CO2的主要反应含主要物质碳酸锂与CO2反应生成碳酸氢锂,其离子方程式为: CO2+Li2CO3+H2O=2Li++2HCO3-;②控制比较稳定的温度时,一般采取水浴加热法,即给三颈烧瓶水浴加热至水温为30℃止,温度过高不利于二氧化碳的溶解参与反应,同时碳酸氢锂也易受热分解; (2)在加NaOH除镁后的存在少量的碳酸锂和氢氧化锂,用CO2调pH为8~9,其目的是使少量的碳酸锂和氢氧化锂转化为碳酸氢锂,减少损失;(3)由蒸发分解碳酸锂的产率与溶解度关系可以看到温度升高碳酸锂溶解度下降,而温度升高碳酸氢锂也易分解生成碳酸锂,两个因素共同促进了随温度升高,碳酸锂产率的升高;(4)因碳酸锂溶解度随温度的升高而降低,要制备高纯碳酸锂,可取滤液放置于烧杯中在90℃下蒸发至出现大量晶体,趁热过滤,热水洗涤2~3次,干燥即可。 8.某工业废料中主要含有Al2O3、Co2O3•CoO、少量Fe3O4等金属氧化物(Co2O3•CoO不与强碱反应).实验室科技人员欲将之分离并制备相关物质,设计流程如下: (1)过程Ⅰ中的操作名称是__,写出过程Ⅰ发生反应的化学方程式____________. (2)溶液a中含有金属离子有_________________. (3)溶液a中逸出的黄绿色气体是氯气,下列说法不正确的是_________. ①氯气是有漂白性的酸性气体 ②液氯和氯水均为液体,且都含有氯分子 ③将氯气通入碱液时,氯气既是氧化剂,又是还原剂 ④次氯酸见光易分解,说明次氯酸是弱酸 ⑤向氯水中滴硝酸银溶液,有白色沉淀生成,说明氯水中含Cl- (4)写出过程Ⅱ发生反应的离子方程式: _______________________________. 高铁电池的总反应为: 3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH 则充电时阳极反应式为___________________________________. (5)Co可以形成CoC2O4•2H2O(M为183g/mol),5.49g该晶体在空气中加热,在不同温度下分别得到一种固体物质,其质量如表: 温度范围(℃) 固体质量(g) 150﹣210 4.41 290﹣320 2.41 890﹣920 2.25 经测定,210℃~290℃过程中,产生的气体只有CO2,则此过程发生的化学反应方程式为: ______________________________________. 【答案】 (1)过滤Al2O3+2NaOH═2NaAlO2+H2O (2)Co2+、Fe3+(3)①、④ (4)2Fe(OH)3+3ClO﹣+4OH﹣═2FeO42
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