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适用于新教材2024版高考化学一轮总复习第八章课时规范练46突破无机化工流程新人教版
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这是一份适用于新教材2024版高考化学一轮总复习第八章课时规范练46突破无机化工流程新人教版，共8页。试卷主要包含了5≤pH<9，5%，硼及其化合物在工业上有许多用途等内容，欢迎下载使用。
课时规范练46
1.(2021山东卷,17改编)工业上以铬铁矿(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)的工艺流程如图。回答下列问题:
(1)焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐,焙烧时气体与矿料逆流而行,目的是 。
(2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为已除尽。
中和时pH的理论范围为 ;酸化的目的是 ;Fe元素在 (填操作单元的名称)过程中除去。
(3)冷却结晶所得母液中,除Na2Cr2O7外,可在上述流程中循环利用的物质还有 。
(4)利用膜电解技术(装置如图所示),以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑。则Na2Cr2O7在 (填“阴”或“阳”)极室制得,电解时通过膜的离子主要为 。
答案:(1)使气固反应物充分接触,加快反应速率,使反应充分进行 (2)4.5≤pH<9.3 使Cr转化为Cr2 浸取 (3)H2SO4 (4)阳 Cr
解析:(2)中和时调节溶液pH的目的是将含Al、Si元素的离子转化为沉淀过滤除去,由图可知,当溶液pH≥4.5时,Al3+除尽,当溶液pH>9.3时,硅元素又转化为Si,因此中和时pH的理论范围为4.5≤pH<9.3。将Al元素和Si元素除去后,溶液中Cr元素主要以Cr2和Cr存在,溶液中存在平衡:2Cr+H2OCr2+2OH-,降低溶液pH,平衡正向移动,可使Cr转化为Cr2。
(3)母液中还含有H2SO4,可循环使用。
(4)由电解总反应可知,电解过程中实质是电解水,阳极上H2O失去电子生成O2和H+,阴极上H2O得到电子生成H2和OH-,由2Cr+H2OCr2+2OH-可知,Cr2在c(OH-)减小的电极室中制得,即Na2Cr2O7在阳极室产生;电解过程中,阳极室中c(OH-)减小,Cr水解平衡正向移动,c(Cr)减小,c(Cr2)增大,为提高制备Na2Cr2O7的效率,Cr通过离子交换膜移向阳极。
2.锰酸锂是较有前景的锂离子电池正极材料之一。工业上用某软锰矿(主要成分为MnO2,还含有少量铁、铝及硅等的氧化物)为原料制备锰酸锂(LiMn2O4),工艺流程如图:
回答下列问题:
(1)为了提高浸取速率可采取的措施有 (任写2种)。
(2)“浸取”得到的浸取液中阳离子主要是Mn2+,生成Mn2+的离子方程式为 。
(3)滤渣Ⅱ的主要成分是 ;“精制”中加入H2O2的量比理论值大得多,其主要原因是 。
(4)“沉锰”得到的是Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4滤饼,二者均可被氧化为MnO2,若“控温、氧化”时溶液的pH随时间的变化如下图所示,pH下降的原因是 (用化学方程式表示)。
(5)工业上也可以将“精制”后的滤液加入K2S2O8来合成MnO2。K2S2O8中S的化合价为+6价,则一个S2中含过氧键的数目为 。
(6)为测定锰酸锂的纯度,取2.00 g产品置于锥形瓶中,向其中加入2.68 g Na2C2O4和足量硫酸,充分反应后,用0.100 mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定未反应完的H2C2O4,到达滴定终点时消耗KMnO4标准溶液20.00 mL。
已知:LiMn2O4Mn2+,则该产品中锰酸锂的质量分数是 。
[M(LiMn2O4)=181 g·mol-1,M(Na2C2O4)=134 g·mol-1]
答案:(1)适当升温;适当增加浸取剂浓度;搅拌(任选两种)
(2)MnO2+4H++2Fe2+Mn2++2Fe3++2H2O
(3)Fe(OH)3、Al(OH)3 H2O2在Fe3+的催化作用下部分分解
(4)Mn2(OH)2SO4+O22MnO2+H2SO4
(5)1 (6)90.5%
解析:(2)加入FeSO4、H2SO4进行浸取,MnO2被FeSO4还原为MnSO4,反应的离子方程式是MnO2+4H++2Fe2+Mn2++2Fe3++2H2O。
(3)H2O2把Fe2+氧化为Fe3+,加入MnO调节溶液pH生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,滤渣Ⅱ的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3;H2O2在Fe3+的催化作用下会发生分解,所以“精制”中加入H2O2的量比理论值大得多。
(5)K2S2O8中S的化合价为+6价,则一个S2中含有2个-1价氧原子,所以过氧键的数目为1。
(6)KMnO4和H2C2O4反应的离子方程式为2Mn+5H2C2O4+6H+10CO2↑+2Mn2++8H2O,则KMnO4氧化H2C2O4的物质的量是0.02L×0.100mol·L-1×=0.005mol,锰酸锂消耗H2C2O4的物质的量为-0.005mol=0.015mol,根据反应方程式2LiMn2O4+3Na2C2O4+8H2SO44MnSO4+3Na2SO4+Li2SO4+6CO2↑+8H2O,锰酸锂的物质的量是0.015mol×=0.01mol,则该产品中锰酸锂的质量分数是×100%=90.5%。
3.硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)写出Mg2B2O5·H2O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 (写化学式)。
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是 。然后调节溶液的pH约为5,目的是 。
(4)“粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。
(5)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。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: 。
答案:(1)Mg2B2O5·H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(合理即可) (2)Fe3O4 SiO2和CaSO4
(3)将Fe2+氧化为Fe3+ 使Al3+和Fe3+形成氢氧化物沉淀而除去 (4)硫酸镁
(5)2H3BO3B2O3+3H2O、B2O3+3Mg2B+3MgO
解析:(1)Mg2B2O5·H2O与硫酸反应生成H3BO3和MgSO4,配平即可。为提高浸出速率,可以从温度(升高温度)、增大接触面积(将矿石粉碎)等角度分析。
(2)Fe3O4具有磁性,可以利用铁块将其从“浸渣”中吸出。SiO2不溶于硫酸,CaO与H2SO4反应生成的CaSO4微溶于水,所以“浸渣”中还有SiO2和CaSO4。此时溶液中除H3BO3外还有MgSO4[由(1)中反应生成]、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3。
(3)“净化除杂”先加H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,然后通过调节pH促进Fe3+、Al3+水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去。
(5)以硼酸和金属镁为原料制备单质硼的过程:H3BO3分解生成B2O3,B2O3与金属镁发生置换反应生成单质B。
4.(2021湖南卷,17)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中,铈(Ce)主要以CePO4形式存在,还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子,该核素的符号为 。
(2)为提高“水浸”效率,可采取的措施有 (至少写两条)。
(3)滤渣Ⅲ的主要成分是 (填化学式)。
(4)加入絮凝剂的目的是 。
(5)“沉铈”过程中,生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为 ,常温下加入的NH4HCO3溶液呈 (填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知:NH3·H2O的Kb=1.75×10-5,H2CO3的=4.4×10-7,=4.7×10-11)。
(6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4,在高温条件下,Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制备电极材料LiFePO4,同时生成CO和H2O,该反应的化学方程式为 。
答案:(1Ce
(2)将“焙烧”所得固体粉碎、加热、搅拌等
(3)Fe(OH)3和Al(OH)3
(4)使沉淀更完全,得到澄清溶液
(5)2Ce3++6HC+(n-3)H2OCe2(CO3)3·nH2O↓+3CO2↑ 碱性
(6)6Li2CO3+C6H12O6+12FePO412LiFePO4+6CO↑+6H2O+6CO2↑
解析:本题借助化工流程图形式考查了核素构成、物质间的转化、陌生离子方程式或化学方程式的书写等知识。“焙烧”时,二氧化硅不参加反应,氧化铝和氧化铁分别与硫酸反应生成硫酸铝和硫酸铁,CaF2与浓硫酸反应生成硫酸钙,同时得到酸性气体HF。所以“水浸”时所得滤渣Ⅰ为SiO2。根据第(6)问题干可知,“除磷”时,加入的FeCl3是为了除去P,得到滤渣Ⅱ为FePO4。“聚沉”过程加入MgO,为了得到沉淀Fe(OH)3和Al(OH)3,加入絮凝剂可使沉淀完全。最后加入NH4HCO3溶液可得到产品Ce2(CO3)3·nH2O。
(1)根据铈元素某种核素内的质子数和中子数可求得其质量数为58+80=138,所以该核素的符号为Ce。
(2)提高“水浸”效率的措施较多,如将“焙烧”所得固体粉碎、加热、搅拌等。
(3)滤渣Ⅲ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。
(4)加入絮凝剂是为了使沉淀更完全,得到澄清溶液。
(5)“沉铈”时,Ce3+与HC相互促进水解,从而得到产品Ce2(CO3)3·nH2O,离子方程式为2Ce3++6HC+(n-3)H2OCe2(CO3)3·nH2O↓+3CO2↑。
由碳酸的可求得HC的水解常数Kh=,该水解常数Kh>碳酸的,所以HC在溶液中以水解为主,又由于N的水解常数Kh为,则NH4HCO3溶液中N的水解程度弱于HC的水解程度,所以NH4HCO3溶液呈碱性。
(6)根据提示可得,反应的化学方程式为6Li2CO3+C6H12O6+12FePO412LiFePO4+6CO↑+6H2O+6CO2↑。
5.最新研究表明As2O3在医药领域有重要应用。某小组从工业废料中提取As2O3设计流程如下:
已知:H3AsO3为弱酸,热稳定性差。
(1)写出一条“碱浸”时提高浸取率的方法 ;“碱浸”中H3AsO3转化成Na3AsO3的离子方程式为 。
(2)“氧化”时,常在向混合溶液中通入O2时对体系加压,目的是 。
(3)“沉砷”过程中有如下变化:
①Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)
ΔH<0
②5Ca2++OH-+3As
Ca5(OH)(AsO4)3 ΔH>0
沉砷率与温度的关系如图。沉砷最佳温度为 ,高于85 ℃时,沉砷率下降的原因是 。
(4)“还原”过程中获得H3AsO3的化学反应方程式为 ;“操作A”为 、过滤;滤液Ⅱ的主要成分是 。
(5)若每步均完全反应,“氧化”和“还原”时消耗相同条件下O2和SO2体积分别为x L、y L,则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)= (写出含x、y的计算式)。
答案:(1)搅拌或多次浸取等(合理即可) H3AsO3+3OH-As+3H2O
(2)增大O2溶解度,加快反应速率
(3)85 ℃ 高于85 ℃,随着温度升高,反应①中c(Ca2+)、c(OH-)减小,温度对平衡移动的影响①大于②,使②中平衡逆向移动,Ca5(OH)(AsO4)3沉淀率下降 (4)H3AsO4+H2O+SO2H3AsO3+H2SO4 加热 H2SO4 (5)
解析:(1)反应物接触时间越长,反应越充分,则“碱浸”时可采用搅拌或多次浸取等措施使其充分反应,提高原料浸取率;H3AsO4与氢氧化钠反应为酸碱中和反应,离子方程式为H3AsO3+3OH-As+3H2O。
(2)“氧化”时向混合溶液中通入O2时对体系加压可以增大O2的溶解度,从而加快反应速率。
(3)“沉砷”是将砷元素转化为Ca5(OH)(AsO4)3沉淀,发生的主要变化有:①Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq) ΔH<0;②5Ca2++OH-+3AsCa5(OH)(AsO4)3 ΔH>0。高于85℃时,随着温度升高,反应①中c(Ca2+)、c(OH-)减小,温度对平衡移动的影响①大于②,使②中平衡逆向移动,则Ca5(OH)(AsO4)3沉淀率下降。
(4)“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3,自身被氧化生成硫酸,化学方程式为H3AsO4+H2O+SO2H3AsO3+H2SO4;还原后加热溶液,H3AsO3分解为As2O3,所以“操作A”为加热、过滤;由方程式可知,滤液Ⅱ的主要成分是H2SO4。
(5)“氧化”过程中Na3AsO3被氧化为Na3AsO4,关系式为2H3AsO3~2Na3AsO3~O2;“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3,关系式为H3AsO4~SO2;
已知消耗相同条件下O2和SO2体积分别为xL、yL,体积之比等于物质的量之比,即n(O2)∶n(SO2)=x∶y,由关系式可知,n(H3AsO3)=2n(O2),则废水中原有的n(H3AsO4)=y-2x,则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)=。
6.锑(Sb)广泛用于生产各种阻燃剂、陶瓷、半导体元件等领域,金属锑一般条件下不与酸反应。以辉锑矿(主要成分为Sb2S3,还含有As2S5、PbS、CuO和SiO2等)为原料制备金属锑,其中一种工艺流程如图:
已知:①“浸出液”主要含HCl和SbCl3,还含SbCl5、CuCl2、AsCl3和PbCl2等杂质。
②25 ℃时,Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(PbS)=8.0×10-28。
回答下列问题:
(1)“酸浸”过程中SbCl5和Sb2S3发生反应,产物中有一种淡黄色固体单质,则该反应的化学方程式为 。
(2)滤渣Ⅰ的成分是 (填化学式)。
(3)向“浸出液”中加入适量Sb的目的是 。
(4)已知在沉淀铜、铅之前,溶液中c(Cu2+)=0.008 mol·L-1,c(Pb2+)=0.065 mol·L-1。沉淀铜、铅过程中,缓慢滴加稀的硫化钠溶液,先产生的沉淀是 (填化学式);当溶液中c(Pb2+)=4.0×10-4 mol·L-1时,溶液中c(Cu2+)= mol·L-1。
(5)在“电解”过程中,以惰性材料为电极,阳极的电极反应式为 。
答案:(1)3SbCl5+Sb2S33S+5SbCl3
(2)S、SiO2
(3)将Sb5+(SbCl5)还原为Sb3+(SbCl3)
(4)CuS 3.15×10-12
(5)2Cl--2e-Cl2↑
解析:(1)“酸浸”过程中SbCl5和Sb2S3发生反应,生成的产物中有一种淡黄色固体,应为单质S,“浸出液”主要含HCl和SbCl3,还含SbCl5、CuCl2、AsCl3和PbCl2等杂质,故反应物为SbCl5和Sb2S3,生成物为S、SbCl3,结合氧化还原反应中得失电子守恒可得反应的化学方程式为3SbCl5+Sb2S33S+5SbCl3。
(2)辉锑矿中的SiO2在“酸浸”时不与酸反应,不溶于酸,且“酸浸”时产物中有单质硫,故滤渣Ⅰ的成分是S、SiO2。
(3)“浸出液”含SbCl5等杂质,即SbCl5没有完全转化,应将其还原为SbCl3,则“浸出液”中加入适量Sb的目的是将Sb5+(SbCl5)还原为Sb3+(SbCl3)。
(4)根据25℃时,Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(PbS)=8.0×10-28可知,Ksp(CuS)
课时规范练46
1.(2021山东卷,17改编)工业上以铬铁矿(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)的工艺流程如图。回答下列问题:
(1)焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐,焙烧时气体与矿料逆流而行,目的是 。
(2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为已除尽。
中和时pH的理论范围为 ;酸化的目的是 ;Fe元素在 (填操作单元的名称)过程中除去。
(3)冷却结晶所得母液中,除Na2Cr2O7外,可在上述流程中循环利用的物质还有 。
(4)利用膜电解技术(装置如图所示),以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑。则Na2Cr2O7在 (填“阴”或“阳”)极室制得,电解时通过膜的离子主要为 。
答案:(1)使气固反应物充分接触,加快反应速率,使反应充分进行 (2)4.5≤pH<9.3 使Cr转化为Cr2 浸取 (3)H2SO4 (4)阳 Cr
解析:(2)中和时调节溶液pH的目的是将含Al、Si元素的离子转化为沉淀过滤除去,由图可知,当溶液pH≥4.5时,Al3+除尽,当溶液pH>9.3时,硅元素又转化为Si,因此中和时pH的理论范围为4.5≤pH<9.3。将Al元素和Si元素除去后,溶液中Cr元素主要以Cr2和Cr存在,溶液中存在平衡:2Cr+H2OCr2+2OH-,降低溶液pH,平衡正向移动,可使Cr转化为Cr2。
(3)母液中还含有H2SO4,可循环使用。
(4)由电解总反应可知,电解过程中实质是电解水,阳极上H2O失去电子生成O2和H+,阴极上H2O得到电子生成H2和OH-,由2Cr+H2OCr2+2OH-可知,Cr2在c(OH-)减小的电极室中制得,即Na2Cr2O7在阳极室产生;电解过程中,阳极室中c(OH-)减小,Cr水解平衡正向移动,c(Cr)减小,c(Cr2)增大,为提高制备Na2Cr2O7的效率,Cr通过离子交换膜移向阳极。
2.锰酸锂是较有前景的锂离子电池正极材料之一。工业上用某软锰矿(主要成分为MnO2,还含有少量铁、铝及硅等的氧化物)为原料制备锰酸锂(LiMn2O4),工艺流程如图:
回答下列问题:
(1)为了提高浸取速率可采取的措施有 (任写2种)。
(2)“浸取”得到的浸取液中阳离子主要是Mn2+,生成Mn2+的离子方程式为 。
(3)滤渣Ⅱ的主要成分是 ;“精制”中加入H2O2的量比理论值大得多,其主要原因是 。
(4)“沉锰”得到的是Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4滤饼,二者均可被氧化为MnO2,若“控温、氧化”时溶液的pH随时间的变化如下图所示,pH下降的原因是 (用化学方程式表示)。
(5)工业上也可以将“精制”后的滤液加入K2S2O8来合成MnO2。K2S2O8中S的化合价为+6价,则一个S2中含过氧键的数目为 。
(6)为测定锰酸锂的纯度,取2.00 g产品置于锥形瓶中,向其中加入2.68 g Na2C2O4和足量硫酸,充分反应后,用0.100 mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定未反应完的H2C2O4,到达滴定终点时消耗KMnO4标准溶液20.00 mL。
已知:LiMn2O4Mn2+,则该产品中锰酸锂的质量分数是 。
[M(LiMn2O4)=181 g·mol-1,M(Na2C2O4)=134 g·mol-1]
答案:(1)适当升温;适当增加浸取剂浓度;搅拌(任选两种)
(2)MnO2+4H++2Fe2+Mn2++2Fe3++2H2O
(3)Fe(OH)3、Al(OH)3 H2O2在Fe3+的催化作用下部分分解
(4)Mn2(OH)2SO4+O22MnO2+H2SO4
(5)1 (6)90.5%
解析:(2)加入FeSO4、H2SO4进行浸取,MnO2被FeSO4还原为MnSO4,反应的离子方程式是MnO2+4H++2Fe2+Mn2++2Fe3++2H2O。
(3)H2O2把Fe2+氧化为Fe3+,加入MnO调节溶液pH生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,滤渣Ⅱ的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3;H2O2在Fe3+的催化作用下会发生分解,所以“精制”中加入H2O2的量比理论值大得多。
(5)K2S2O8中S的化合价为+6价,则一个S2中含有2个-1价氧原子,所以过氧键的数目为1。
(6)KMnO4和H2C2O4反应的离子方程式为2Mn+5H2C2O4+6H+10CO2↑+2Mn2++8H2O,则KMnO4氧化H2C2O4的物质的量是0.02L×0.100mol·L-1×=0.005mol,锰酸锂消耗H2C2O4的物质的量为-0.005mol=0.015mol,根据反应方程式2LiMn2O4+3Na2C2O4+8H2SO44MnSO4+3Na2SO4+Li2SO4+6CO2↑+8H2O,锰酸锂的物质的量是0.015mol×=0.01mol,则该产品中锰酸锂的质量分数是×100%=90.5%。
3.硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)写出Mg2B2O5·H2O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 (写化学式)。
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是 。然后调节溶液的pH约为5,目的是 。
(4)“粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。
(5)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。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: 。
答案:(1)Mg2B2O5·H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(合理即可) (2)Fe3O4 SiO2和CaSO4
(3)将Fe2+氧化为Fe3+ 使Al3+和Fe3+形成氢氧化物沉淀而除去 (4)硫酸镁
(5)2H3BO3B2O3+3H2O、B2O3+3Mg2B+3MgO
解析:(1)Mg2B2O5·H2O与硫酸反应生成H3BO3和MgSO4,配平即可。为提高浸出速率,可以从温度(升高温度)、增大接触面积(将矿石粉碎)等角度分析。
(2)Fe3O4具有磁性,可以利用铁块将其从“浸渣”中吸出。SiO2不溶于硫酸,CaO与H2SO4反应生成的CaSO4微溶于水,所以“浸渣”中还有SiO2和CaSO4。此时溶液中除H3BO3外还有MgSO4[由(1)中反应生成]、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3。
(3)“净化除杂”先加H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,然后通过调节pH促进Fe3+、Al3+水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去。
(5)以硼酸和金属镁为原料制备单质硼的过程:H3BO3分解生成B2O3,B2O3与金属镁发生置换反应生成单质B。
4.(2021湖南卷,17)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中,铈(Ce)主要以CePO4形式存在,还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子,该核素的符号为 。
(2)为提高“水浸”效率,可采取的措施有 (至少写两条)。
(3)滤渣Ⅲ的主要成分是 (填化学式)。
(4)加入絮凝剂的目的是 。
(5)“沉铈”过程中,生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为 ,常温下加入的NH4HCO3溶液呈 (填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知:NH3·H2O的Kb=1.75×10-5,H2CO3的=4.4×10-7,=4.7×10-11)。
(6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4,在高温条件下,Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制备电极材料LiFePO4,同时生成CO和H2O,该反应的化学方程式为 。
答案:(1Ce
(2)将“焙烧”所得固体粉碎、加热、搅拌等
(3)Fe(OH)3和Al(OH)3
(4)使沉淀更完全,得到澄清溶液
(5)2Ce3++6HC+(n-3)H2OCe2(CO3)3·nH2O↓+3CO2↑ 碱性
(6)6Li2CO3+C6H12O6+12FePO412LiFePO4+6CO↑+6H2O+6CO2↑
解析:本题借助化工流程图形式考查了核素构成、物质间的转化、陌生离子方程式或化学方程式的书写等知识。“焙烧”时,二氧化硅不参加反应,氧化铝和氧化铁分别与硫酸反应生成硫酸铝和硫酸铁,CaF2与浓硫酸反应生成硫酸钙,同时得到酸性气体HF。所以“水浸”时所得滤渣Ⅰ为SiO2。根据第(6)问题干可知,“除磷”时,加入的FeCl3是为了除去P,得到滤渣Ⅱ为FePO4。“聚沉”过程加入MgO,为了得到沉淀Fe(OH)3和Al(OH)3,加入絮凝剂可使沉淀完全。最后加入NH4HCO3溶液可得到产品Ce2(CO3)3·nH2O。
(1)根据铈元素某种核素内的质子数和中子数可求得其质量数为58+80=138,所以该核素的符号为Ce。
(2)提高“水浸”效率的措施较多,如将“焙烧”所得固体粉碎、加热、搅拌等。
(3)滤渣Ⅲ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。
(4)加入絮凝剂是为了使沉淀更完全,得到澄清溶液。
(5)“沉铈”时,Ce3+与HC相互促进水解,从而得到产品Ce2(CO3)3·nH2O,离子方程式为2Ce3++6HC+(n-3)H2OCe2(CO3)3·nH2O↓+3CO2↑。
由碳酸的可求得HC的水解常数Kh=,该水解常数Kh>碳酸的,所以HC在溶液中以水解为主,又由于N的水解常数Kh为,则NH4HCO3溶液中N的水解程度弱于HC的水解程度,所以NH4HCO3溶液呈碱性。
(6)根据提示可得,反应的化学方程式为6Li2CO3+C6H12O6+12FePO412LiFePO4+6CO↑+6H2O+6CO2↑。
5.最新研究表明As2O3在医药领域有重要应用。某小组从工业废料中提取As2O3设计流程如下:
已知:H3AsO3为弱酸,热稳定性差。
(1)写出一条“碱浸”时提高浸取率的方法 ;“碱浸”中H3AsO3转化成Na3AsO3的离子方程式为 。
(2)“氧化”时,常在向混合溶液中通入O2时对体系加压,目的是 。
(3)“沉砷”过程中有如下变化:
①Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)
ΔH<0
②5Ca2++OH-+3As
Ca5(OH)(AsO4)3 ΔH>0
沉砷率与温度的关系如图。沉砷最佳温度为 ,高于85 ℃时,沉砷率下降的原因是 。
(4)“还原”过程中获得H3AsO3的化学反应方程式为 ;“操作A”为 、过滤;滤液Ⅱ的主要成分是 。
(5)若每步均完全反应,“氧化”和“还原”时消耗相同条件下O2和SO2体积分别为x L、y L,则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)= (写出含x、y的计算式)。
答案:(1)搅拌或多次浸取等(合理即可) H3AsO3+3OH-As+3H2O
(2)增大O2溶解度,加快反应速率
(3)85 ℃ 高于85 ℃,随着温度升高,反应①中c(Ca2+)、c(OH-)减小,温度对平衡移动的影响①大于②,使②中平衡逆向移动,Ca5(OH)(AsO4)3沉淀率下降 (4)H3AsO4+H2O+SO2H3AsO3+H2SO4 加热 H2SO4 (5)
解析:(1)反应物接触时间越长,反应越充分,则“碱浸”时可采用搅拌或多次浸取等措施使其充分反应,提高原料浸取率;H3AsO4与氢氧化钠反应为酸碱中和反应,离子方程式为H3AsO3+3OH-As+3H2O。
(2)“氧化”时向混合溶液中通入O2时对体系加压可以增大O2的溶解度,从而加快反应速率。
(3)“沉砷”是将砷元素转化为Ca5(OH)(AsO4)3沉淀,发生的主要变化有:①Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq) ΔH<0;②5Ca2++OH-+3AsCa5(OH)(AsO4)3 ΔH>0。高于85℃时,随着温度升高,反应①中c(Ca2+)、c(OH-)减小,温度对平衡移动的影响①大于②,使②中平衡逆向移动,则Ca5(OH)(AsO4)3沉淀率下降。
(4)“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3,自身被氧化生成硫酸,化学方程式为H3AsO4+H2O+SO2H3AsO3+H2SO4;还原后加热溶液,H3AsO3分解为As2O3,所以“操作A”为加热、过滤;由方程式可知,滤液Ⅱ的主要成分是H2SO4。
(5)“氧化”过程中Na3AsO3被氧化为Na3AsO4,关系式为2H3AsO3~2Na3AsO3~O2;“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3,关系式为H3AsO4~SO2;
已知消耗相同条件下O2和SO2体积分别为xL、yL,体积之比等于物质的量之比,即n(O2)∶n(SO2)=x∶y,由关系式可知,n(H3AsO3)=2n(O2),则废水中原有的n(H3AsO4)=y-2x,则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)=。
6.锑(Sb)广泛用于生产各种阻燃剂、陶瓷、半导体元件等领域,金属锑一般条件下不与酸反应。以辉锑矿(主要成分为Sb2S3,还含有As2S5、PbS、CuO和SiO2等)为原料制备金属锑,其中一种工艺流程如图:
已知:①“浸出液”主要含HCl和SbCl3,还含SbCl5、CuCl2、AsCl3和PbCl2等杂质。
②25 ℃时,Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(PbS)=8.0×10-28。
回答下列问题:
(1)“酸浸”过程中SbCl5和Sb2S3发生反应,产物中有一种淡黄色固体单质,则该反应的化学方程式为 。
(2)滤渣Ⅰ的成分是 (填化学式)。
(3)向“浸出液”中加入适量Sb的目的是 。
(4)已知在沉淀铜、铅之前,溶液中c(Cu2+)=0.008 mol·L-1,c(Pb2+)=0.065 mol·L-1。沉淀铜、铅过程中,缓慢滴加稀的硫化钠溶液,先产生的沉淀是 (填化学式);当溶液中c(Pb2+)=4.0×10-4 mol·L-1时,溶液中c(Cu2+)= mol·L-1。
(5)在“电解”过程中,以惰性材料为电极,阳极的电极反应式为 。
答案:(1)3SbCl5+Sb2S33S+5SbCl3
(2)S、SiO2
(3)将Sb5+(SbCl5)还原为Sb3+(SbCl3)
(4)CuS 3.15×10-12
(5)2Cl--2e-Cl2↑
解析:(1)“酸浸”过程中SbCl5和Sb2S3发生反应,生成的产物中有一种淡黄色固体,应为单质S,“浸出液”主要含HCl和SbCl3,还含SbCl5、CuCl2、AsCl3和PbCl2等杂质,故反应物为SbCl5和Sb2S3,生成物为S、SbCl3,结合氧化还原反应中得失电子守恒可得反应的化学方程式为3SbCl5+Sb2S33S+5SbCl3。
(2)辉锑矿中的SiO2在“酸浸”时不与酸反应,不溶于酸,且“酸浸”时产物中有单质硫,故滤渣Ⅰ的成分是S、SiO2。
(3)“浸出液”含SbCl5等杂质,即SbCl5没有完全转化,应将其还原为SbCl3,则“浸出液”中加入适量Sb的目的是将Sb5+(SbCl5)还原为Sb3+(SbCl3)。
(4)根据25℃时,Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(PbS)=8.0×10-28可知,Ksp(CuS)
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