2023届高三化学二轮复习 07 常考题空7　工艺流程中加入试剂的作用和循环物质的确定

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1．判断加入的试剂及分析试剂作用的基本思路
(1)看反应目的：分析加入试剂后化学反应实现的目的
(2)看试剂性质：分析加入试剂本身的性质(物质类别、所含元素的化合价、周期表中的位置等)
(3)看生成物：分析反应前后的物质组成的变化
(4)看可能信息：综合利用流程信息和题中设问提供的信息
2．工艺流程中的物质确定
(1)循环物质的确定

(2)副产品的确定
(3)滤渣成分的确定
①过量的反应物
②原料中不参与反应的物质
③由原料转化的生成物
④由杂质转化的沉淀物
【题组训练】
1．高锰酸钾生产过程中产生的废锰渣(主要成分为MnO2、KOH、MgO和Fe2O3)可用于制备MnSO4晶体，工艺流程如下：
“反应Ⅱ”中硫铁矿(FeS2)的作用为______________________________________
2．如图所示，艺流程如下：
(1)“除铁”时需将溶液的pH调至3左右，加入的化合物X是________(填化学式)
(2)酸浸时H2O2的作用是_____________________________________
3．以某冶金工业产生的废渣(含Cr2O3、SiO2及少量的Al2O3)为原料，根据下列流程可制备K2Cr2O7。
上述流程中可循环使用的物质是________________
4．如图所示，艺流程如下：
“蒸氨沉锌”工序中，“蒸氨”是将氨及其盐从固液混合物中蒸出，蒸出物冷凝吸收后得到的碳化氨水可返回________工序循环使用
5．硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：
在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀，母液经加热后可返回________工序循环使用
6．从分金渣(主要成分为AgCl、Ag2S、PbSO4、BaSO4)中获取高纯银的流程如图所示：
(1)“分银渣”的主要成分为PbSO4、BaSO4、________(填化学式)
(2)该流程中可循环使用的物质为________
7．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，工艺如图所示。回答下列问题：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 ml·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
(1)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是______________________________________________
(2)“除杂1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是______________
8．2019年诺贝尔化学奖颁给了为锂电池发展作出突出贡献的三位科学家。某废旧锂电池正极主要由LiFePO4、铝箔、炭黑等组成，Fe、Li、P具有极高的回收价值，具体流程如图
过程ⅱ中HCl/H2O2的作用是____________________________________________
9．随着钴酸锂电池的普及使用，从废旧的钴酸锂电池中提取锂、钴等金属材料意义重大。下图是废旧钴酸锂电池材料(主要成分为LiCO2，含少量铁、铝、铜等元素的化合物)回收工艺流程：
(1)“拆解”前需进行“放电”处理的目的是_____________________________________________________，用食盐水浸泡是放电的常用方法，浸泡放电过程中产生的气体主要有________
(2)滤液1中加入Na2SO3的主要目的是_______________________；加入NaClO3的主要目的是___________
10．某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：
回答下列问题：
(1)“滤液②”中含有的金属离子是________
(2)“转化”中可替代H2O2的物质是________，若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即
“滤液③”中可能含有的杂质离子为________
(3)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是_______________________________
11．二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土化合物。以氟碳铈矿(主要含CeCO3F)为原料制备CeO2的一种工艺流程如图：
已知：i.Ce4＋能与F－结合成[CeFx](4－x)＋，也能与SOeq \\al(2－,4)结合成[CeSO4]2＋；
ii.在硫酸体系中Ce4＋能被萃取剂[(HA)2]萃取，而Ce3＋不能
iii.常温下，Ce2(CO3)3饱和溶液浓度为1.0×10－6 ml/L，请回答下列问题：
(1) “萃取”时存在反应：Ce4＋＋n(HA)2Ce(H2n－4A2n)＋4H＋，萃取后水层中还存在的含铈元素的微粒主要是________，经处理后可循环使用
(2)“反萃取”中加H2O2的主要反应离子方程式为______________________________________________，在“反萃取”后所得水层中加入1.0 ml/L的NH4HCO3溶液，产生Ce2(CO3)3沉淀，当Ce3＋沉淀完全时[c(Ce3＋)＝1×10－5 ml/L]，溶液中c(COeq \\al(2－,3))约为________
12．工业利用硼矿石(2MgO·B2O3)制备单质B并联产轻质MgO的流程如下：
硼酸(H3BO3)的溶解度
操作1是____________________________，整个流程中可循环利用的物质是________
13．轻质碳酸钙(CaCO3)是一种重要的化工产品，广泛应用于油漆、塑料、橡胶和造纸等工业。一种以低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)为原料生产高纯度轻质碳酸钙的循环工艺流程如图：
回答下列问题：
(1)气体A为________，滤渣的主要成分是____________________
(2)“沉钙”过程中发生反应的化学方程式为_________________________________
(3)“系列操作”包含有：____________________
(4)氧化镁可以在尾液处理中循环使用，______和________可循环使用于石灰石制备轻质碳酸钙的过程中。
14．氧化钡广泛用于玻璃、陶瓷工业，是制取过氧化钡和钡盐的原料。一种利用钡泥[含BaCO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等]制取氧化钡的绿色工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)酸溶时，Ba(FeO2)2与稀硝酸反应的化学方程式为___________________________
(2)产生滤渣1反应的离子方程式是_________________________________________
(3)操作Ⅰ调pH＝4～5的目的是__________________________________________
(4)过滤3所得母液应返回________工序循环使用。
【常考题空7 工艺流程中加入试剂的作用和循环物质的确定】答案
1．将MnO2还原为Mn2＋
2．(1)NaOH (2)将C2O3还原为C2＋
3．CO2和Na2CO3
4．浸取
5．溶浸
6．(1)S
(2)盐酸
解析：分金渣中加入氯化铁进行“预处理”，氯化铁具有氧化性，能与硫化银发生氧化还原反应生成氯化亚铁、单质硫、AgCl；“分银”时，加入亚硫酸钠，AgCl与Na2SO3反应生成Ag(SO3)eq \\al(3－,2)，而PbSO4、BaSO4及“预处理”时生成的单质S不溶于水，则分银渣为PbSO4、BaSO4、单质S；“沉银”时加入盐酸，使Ag(SO3)eq \\al(3－,2)生成氯化银沉淀；“还原”时氯化银与甲醛反应生成甲酸、单质银和氯化氢。
7．(1)将Fe2＋氧化为Fe3＋
(2)NiS和ZnS
8．溶解LiFePO4，将Fe2＋氧化为Fe3＋
解析：加入盐酸，可溶解LiFePO4，过氧化氢具有强氧化性，与亚铁离子发生2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于分离除去。
9．(1)防止在电池拆解过程中发生短路引起火灾及操作人员触电 H2、Cl2
(2)将C3＋还原为C2＋ 将Fe2＋氧化为Fe3＋
解析：(1)电池在拆解过程中容易发生短路引起火灾或导致操作人员触电，则拆解前必须进行放电处理；用食盐水浸泡放电过程实际是电解食盐水的过程，电解时，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，水电离出的氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气。(2)C3＋具有氧化性，向滤液1中加入具有还原性的Na2SO3，能将C3＋还原为C2＋；亚铁离子具有还原性，加入具有氧化性的NaClO3，能 将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于调节pH时，将Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀。
10．(1)Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋
(2)O2或空气 Fe3＋
(3)提高镍回收率
11．(1)[CeSO4]2＋、Ce4＋
(2)2Ce4＋＋H2O2===2Ce3＋＋O2↑＋2H＋ 1×10－6 ml/L
12．蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 CO2
13．(1)CO2 Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2
(2)CaCl2＋(NH4)2CO3===CaCO3↓＋2NH4Cl
(3)加热蒸发、煅烧
(4)HCl NH3
解析：(1)低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)用盐酸酸溶，CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3分别与盐酸发生复分解反应，离子方程式为CaCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Ca2＋，MnCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Mn2＋，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，所以气体A为CO2，向粗制的氯化钙溶液中通入氨气，除去Fe3＋、Al3＋、Mn2＋，过滤得到滤渣的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2。(2)气体A为CO2，用水吸收氨气和二氧化碳生成碳酸铵，“沉钙”过程中氯化钙与碳酸铵发生复分解反应：CaCl2＋(NH4)2CO3===CaCO3↓＋2NH4Cl得到碳酸钙沉淀和氯化铵。(3)镁的氯化物在溶液中水解生成氢氧化镁和HCl，加热时HCl挥发促进水解，气体C为氯化氢，最终生成氢氧化镁，焙烧得MgO，“系列操作”包含有加热蒸发、煅烧。(4)氯化镁加热蒸发，水解生成氢氧化镁和HCl，气体C为氯化氢，溶于水为盐酸，可用于溶解低品位石灰石，氯化铵中加入氧化镁并加热，反应生成氯化镁、氨气和水；向粗制的氯化钙溶液中通入氨气，除去Fe3＋、Al3＋、Mn2＋，所以HCl、NH3可循环使用于石灰石制备轻质碳酸钙的过程中。
14．(1)Ba(FeO2)2＋8HNO3===Ba(NO3)2＋2Fe(NO3)3＋4H2O
(2)3BaSO3＋2H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3BaSO4↓＋2NO↑＋H2O
(3)将铁离子转化为氢氧化铁沉淀而除去
(4)操作Ⅱ
解析：(1)酸溶时，Ba(FeO2)2与稀硝酸反应的化学方程式为Ba(FeO2)2＋8HNO3===Ba(NO3)2＋2Fe(NO3)3＋4H2O。(2)产生滤渣1反应的离子方程式是3BaSO3＋2H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3BaSO4↓＋2NO↑＋H2O。(3)操作Ⅰ调pH＝4～5的目的是将铁离子转化为氢氧化铁沉淀而除去。(4)母液中含有硝酸钡，过滤3所得母液应返回操作Ⅱ工序循环使用，提高钡离子的利用率。
金属离子
Mn2＋
Fe2＋
Fe3＋
Al3＋
Mg2＋
Zn2＋
Ni2＋
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
8.9
金属离子
Ni2＋
Al3＋
Fe3＋
Fe2＋
开始沉淀时(c＝0.01 ml·L－1)的pH
7.2
3.7
2.2
7.5
沉淀完全时(c＝1.0×10－5 ml·L－1)的pH
8.7
4.7
3.2
9.0
温度/℃
0
10
20
30
40
80
溶解度/g
2.77
3.65
4.87
6.77
8.90
23.54