还剩7页未读，
继续阅读
2019届二轮复习 大题强化训练(二) 化学工艺流程的解答策略 作业（全国通用）
展开
大题强化训练(二) 化学工艺流程的解答策略
(教师用书独具)
1．Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为____________________________。
(2)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率/%
92
95
97
93
88
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________________
____________________________________________________________。
(3)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。
(4)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？________(列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24。
____________________________________________________________。
(5)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式
_____________________________________________________________
____________________________________________________________。
【解析】 (1)根据图像分析，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为100 ℃、2 h或90 ℃、5 h。
(2)当温度低于40 ℃时，H2O2、NH3·H2O不易分解，但是温度低，反应速率慢，TiO2·xH2O转化率低；当温度高于40 ℃时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O的转化率低。
(3)设Li2Ti5O15中过氧键的数目为x，则非过氧键氧原子数目为15－2x，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零可得：2x＋2×(15－2x)＝1×2＋4×5，解得：x＝4。
(4)根据Ksp(FePO4)＝1.3×10－22及Fe3＋恰好完全沉淀时溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，可得c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1。c(Mg2＋)＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1，则c3(Mg2＋)·c2(PO)＝0.013×(1.3×10－17)2＝1.69×10－40≈1.7×10－40
【答案】 (1)100 ℃、2 h或90 ℃、5 h
(2)低于40 ℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降 (3)4
(4)Fe3＋恰好沉淀完全时，c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO)值为0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40
2．(2018·成都一模)高锰酸钾常用作消毒杀菌剂、水质净化剂等。某小组用软锰矿(主要含MnO2，还含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等杂质)模拟工业制高锰酸钾流程如下。试回答下列问题：
(1)配平焙烧时发生的化学反应方程式：________MnO2＋________ ________＋________O2________K2MnO4＋________H2O；工业生产中采用对空气加压的方法提高MnO2利用率，试用碰撞理论解释其原因：___________
____________________________________________________________。
(2)滤渣Ⅱ的成分有________(化学式)；第一次通CO2不能用稀盐酸代替的原因是_______________________________________________________
___________________________________________________________。
(3)第二次通入过量CO2生成MnO2的离子方程式为______________。
(4)将滤液Ⅲ进行一系列操作得KMnO4。由图像可知，从滤液Ⅲ得到KMnO4需经过______、________、洗涤等操作。
(5)工业上按上述流程连续生产。用含a%MnO2的软锰矿1吨，理论上最多可制KMnO4________吨。(保留2位有效数字)
(6)利用电解法可得到更纯的KMnO4。用惰性电极电解滤液Ⅱ。
①电解槽阳极反应式为________________________________________。
②阳极还可能有气体产生，该气体是________。
【解析】 由流程图可知，软锰矿在空气和碱性环境中焙烧冷却后，得到K2MnO4、硅酸盐、偏铝酸盐和Fe2O3，过滤后，滤液中是K2MnO4、硅酸盐、偏铝酸盐，通入CO2生成H2SiO3和Al(OH)3沉淀，滤液中第二次通入过量CO2生成KMnO4。(2)滤渣Ⅱ是H2SiO3和Al(OH)3沉淀；盐酸是强酸，易将Al(OH)3沉淀溶解，不宜掌握用量。(3)第二次通入的CO2和溶液中的K2MnO4反应的离子方程式为3MnO＋4CO2＋2H2O===MnO2↓＋2MnO＋4HCO。(4)由曲线可知，KMnO4溶解度随温度变化较小，故使用蒸发结晶法，趁热过滤。(5)依据工艺流程，含Mn物质间的定量转化应为：
MnO2～K2MnO4～KMnO4＋MnO2
但是MnO2循环利用，多次转化，可视为原料中的Mn全部转化为KMnO4所以：m(KMnO4)＝×158＝0.018a t。(6)①电解滤液Ⅱ，阳极被氧化MnO－e－===MnO。②阳极还可能发生4OH－－e－===O2↑＋2H2O，产生O2。
【答案】 (1)2 4 KOH 1 2 2 加压增大了氧气浓度，使单位体积内的活化分子数增加，有效碰撞次数增多，反应速率加快，使MnO2反应更充分
(2)Al(OH)3、H2SiO3 稀盐酸可溶解Al(OH)3，不易控制稀盐酸的用量
(3)3MnO＋4CO2＋2H2O===MnO2↓＋2MnO＋4HCO
(4)蒸发结晶 趁热过滤
(5)0.018a
(6)①MnO－e－===MnO ②O2
3．(2018·蓉城名校一模)3PbO·PbSO4·H2O化学名：三盐基硫酸铅，简称三盐，M＝990 g·mol－1。不溶于水，微黄色粉末，可用作聚氯乙烯稳定剂。以铅泥(含PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐基硫酸铅的工艺流程如图所示。
已知：PbSO4的Ksp＝1.82×10－8，PbCO3的Ksp＝1.462×10－13。
请回答下列问题：
(1)铅蓄电池其工作原理是Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。充电时，阳极的电极反应式为_______________________________________
___________________________________________________________。
(2)步骤①转化的目的是______________________________________，
将滤液1、滤液3合并，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作，可得到一种结晶水合物(M＝322 g·mol－1)，其化学式为________；滤液2中可循环利用的溶质为________(填化学式)。
(3)沉铅后的滤液中c(Pb2＋)＝9.10×10－5mol·L－1，则此时c(SO)＝________mol·L－1。
(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为________________
____________________________________________________________；
步骤⑦洗涤沉淀时的操作是_____________________________________
____________________________________________________________；
若以100.0 t铅泥为原料制得纯净干燥的三盐49.5 t，假设铅泥中的铅元素有90%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为________。
【解析】 (1)铅蓄电池充电时，阳极发生氧化反应，其电极反应式为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO＋4H＋。(2)步骤①加入Na2CO3溶液能将PbSO4转化为PbCO3，可以提高铅元素的利用率。结合上述分析可知滤液1、滤液3中均含有Na2SO4，再结合所得晶体的摩尔质量可知析出的晶体为Na2SO4·10H2O。滤液2中的HNO3可循环使用。(3)沉铅后滤液中c(Pb2＋)＝9.10×10－5mol·L－1，则滤液中c(SO)＝＝ mol·L－1＝2.0×10－4 mol·L－1。
(4)步骤⑥中加入NaOH溶液，使PbSO4转化成三盐，化学方程式为4PbSO4＋6NaOH3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O。沉淀表面有Na2SO4等杂质，洗涤沉淀时，向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，并重复上述操作2～3次即可。设铅泥中铅元素的质量分数为x，根据关系式：
4Pb ～ 3PbO·PbSO4·H2O
4 mol×207 g·mol－1 990 g
100．0 t×x×90% 49.5 t
则＝，解得x＝46.0 %。
【答案】 (1)PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO＋4H＋
(2)将PbSO4转化为PbCO3，提高铅的利用率 Na2SO4·10H2O HNO3
(3)2.0×10－4
(4)4PbSO4＋6NaOH3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O 向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，并重复上述操作2～3次 46.0%
4．(2018·桂林模拟)金属钛被称为“21世纪金属”。
(1)工业上用钛矿石(主要成分为FeTiO3，主要含FeO、Al2O3、SiO2等杂质)经过以下流程制得TiO2：
其中，步骤Ⅱ发生的主要反应为2H2SO4＋FeTiO3===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。
①步骤Ⅰ发生反应的离子方程式是_________________________、
__________________________________________________________。
为提高钛矿石的碱浸出速率，步骤Ⅰ可采取的办法除提高碱的浓度外，还可以采取的办法有________、________(写出两种方法)。
②步骤Ⅱ中加入Fe的目的是___________________________________；
分离出FeSO4晶体的操作是____________________________________。
③步骤Ⅲ形成的TiO2·nH2O为胶体，步骤Ⅲ发生反应的化学方程式为___________________________________________________________。
(2)可利用TiO2通过下述两种方法制备金属钛。
方法一：将TiO2作阴极，石墨作阳极，熔融CaO为电解液，碳块作电解池槽，电解TiO2制得钛，阳极上一定生成的气体是________，可能生成的气体是________。
方法二：通过以下反应制备金属钛。
①TiO2(s)＋2Cl2(g)TiCl4(g)＋O2(g)
ΔH＝＋151 kJ·mol－1
②TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti
实际生产中，需在反应①过程中加入碳，可以顺利制得TiCl4。碳的作用除燃烧放热外，还具有的作用是__________________________________
________________________________________________________。
【解析】 (1)①步骤Ⅰ中Al2O3、SiO2均能与浓NaOH溶液反应，其离子方程式分别为Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O、SiO2＋2OH－===SiO＋H2O。为提高钛矿石的碱浸出速率，可采取适当增加碱的浓度、升高反应温度、粉碎钛矿石或搅拌等措施。②步骤Ⅱ所得溶液中的Fe2＋易被氧化成Fe3＋，加入适量铁粉，可将溶液中的Fe3＋还原为Fe2＋。从溶液中分离出FeSO4晶体时，可采取的操作为过滤。③TiOSO4在溶液中加热水解生成 TiO2·nH2O(胶体)的化学方程式为TiOSO4＋(n＋1)H2OTiO2·nH2O(胶体)＋H2SO4。(2)熔融CaO中的O2－向阳极移动，阳极上O2－失电子被氧化为O2；由于碳块作电解池槽，则阳极还可能生成CO、CO2或二者的混合气体。反应①的过程中加入适量碳，碳燃烧放出热量提供反应所需的高温，此外碳还可以和生成物O2反应，促使反应①的平衡正向移动。
【答案】 (1)①Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 升高温度(或加热) 粉碎钛矿石或搅拌(其他合理答案均可) ②还原Fe3＋ 过滤 ③TiOSO4＋(n＋1)H2OTiO2·nH2O(胶体)＋H2SO4 (2)O2(或氧气) CO2(或CO或CO2、CO) 消耗O2，促进反应①的平衡向正反应方向移动
5．(2018·东北三省联考)铅及其化合物有着优异的性能和广泛的应用。工业上利用铅浮渣(主要成分是PbO、Pb还含有少量的Ag、CaO)可制备硫酸铅。制备流程图如下：
已知：Ksp(PbSO4)＝1.6×10－8 Ksp(CaSO4)＝4.9×10－5
(1)步骤Ⅰ有NO产生，浸出液中含量最多的金属阳离子为Pb2＋，写出Pb参加反应的化学方程式：____________________________________________
_________________________________________________________，
为防止Ag被溶解进入浸出液，步骤Ⅰ操作时应注意__________________________________。
(2)粗PbSO4产品含有的杂质是________；要得到纯净的PbSO4，需要用试剂进行多次洗涤，再用蒸馏水洗涤。最好选用的试剂是________________。
A．稀硫酸 B．稀盐酸
C．硝酸铅溶液 D．酒精
(3)母液中可循环利用的物质是HNO3，若母液中残留的SO过多，则循环利用时可能出现的问题是________________________________________
______________________________________________________。
(4)若将步骤Ⅱ中的Pb2＋完全沉淀[c(Pb2＋)≤1.0×10－5mol·L－1]，则溶液中的c(SO)至少为________mol·L－1。
(5)(CH3COO)2Pb是皮毛行业的染色助剂，可用PbSO4与CH3COONH4反应制备，写出反应的离子方程式___________________________________
________________________________________________________。
【解析】 (1)Pb能与稀HNO3发生氧化还原反应，其化学方程式为3Pb＋8HNO3===3Pb(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。由于金属活泼性：Pb＞Ag，故步骤Ⅰ中为了防止Ag溶解进入浸出液，需控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余。(2)根据题图可知所得粗PbSO4产品中含有CaSO4杂质，根据PbSO4、CaSO4的溶度积常数可知相同条件下PbSO4更难溶，为了得到纯净的PbSO4，可用硝酸铅溶液多次洗涤粗产品，使CaSO4转化为PbSO4，再用蒸馏水洗涤。(3)若母液中残留的SO过多，则其会与浸出时生成的Pb2＋反应生成PbSO4，PbSO4会随浸出渣排出，从而降低PbSO4的产率。(4)步骤Ⅱ中Pb2＋完全沉淀时溶液中c(Pb2＋)≤1.0×10－5 mol·L－1，则溶液中c(SO)至少为 mol·L－1＝1.6×10－3mol·L－1。(5)根据题中信息可知PbSO4与CH3COONH4发生复分解反应得到(CH3COO)2Pb，其离子方程式为PbSO4＋2CH3COO－===(CH3COO)2Pb＋SO。
【答案】 (1)3Pb＋8HNO3===3Pb(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余(其他合理答案均可)
(2)CaSO4 C (3)浸出时部分Pb2＋生成PbSO4随浸出渣排出，降低PbSO4的产率 (4)1.6×10－3 (5)PbSO4＋2CH3COO－===(CH3COO)2Pb＋SO
6．(2018·合肥模拟)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的一种工艺流程如下：
已知：i.Ce4＋能与F－结合成[CeFx](4－x)＋，也能与SO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1.0×10－6mol·L－1。
回答下列问题：
(1)“氧化焙烧”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是______________________________(写出2种即可)。
(2)写出“氧化焙烧”产物CeO2与稀H2SO4反应的离子方程式：__________________________________________________________。
(3)“萃取”时存在反应：Ce4＋＋n(HA)2Ce(H2n－4A2n)＋4H＋。D表示Ce4＋分别在有机层中与水层中存在形式的浓度之比的比值(D＝)。保持其他条件不变，在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改变水层中的c(SO)，D随起始料液中c(SO)增大而减小的原因是__________________________
___________________________________________________________。
(4)浸渣经处理可得Ce(BF4)3，加入KCl溶液发生反应：Ce(BF4)3(s)＋3K＋(aq)3KBF4(s)＋Ce3＋(aq)。
若一定温度时，Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分别为a、b，则该反应的平衡常数K＝________(用a、b表示)。
(5)“反萃取”中加H2O2发生主要反应的离子方程式为______________________________。常温下，在“反萃取”后所得水层中加入1.0 mol·L－1的NH4HCO3溶液，产生Ce2(CO3)3沉淀，当Ce3＋恰好沉淀完全时[c(Ce3＋)＝1×10－5mol·L－1]，溶液中c(CO)约为________________________。
(6)CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键成分，它能在还原气氛中供氧，在氧化气氛中耗氧。在尾气消除过程中发生着CeO2CeO2(1－x)＋xO2↑(0≤x≤0.25)的循环。写出CeO2消除CO尾气的化学方程式：____________________
__________________________________________________________。
【解析】 (1)“氧化焙烧”过程中，将矿石粉碎成细颗粒、通入大量空气等均可以加快反应速率和提高原料利用率。(2)根据Ce4＋能与SO结合成[CeSO4]2＋知，CeO2与稀H2SO4反应生成[CeSO4]2＋和H2O，离子方程式为CeO2＋4H＋＋SO===[CeSO4]2＋＋2H2O。(3)水层中的Ce4＋会与SO结合成[CeSO4]2＋，随着c(SO)增大，c([CeSO4]2＋)增大，c(Ce4＋)减小，导致萃取平衡Ce4＋＋n(HA)2Ce(H2n－4A2n)＋4H＋向逆反应方向移动，c[Ce(H2n－4A2n)]减小，故D＝减小。(4)该反应的平衡常数K＝＝＝＝。(5)在硫酸体系中Ce4＋能被萃取剂[(HA)2]萃取，而Ce3＋不能，“反萃取”中加H2O2，是为了将Ce4＋还原为Ce3＋，则H2O2转化为O2，配平离子方程式为2Ce4＋＋H2O2===2Ce3＋＋O2↑＋2H＋。常温下，Ce2(CO3)3饱和溶液的浓度为1.0×10－6mol·L－1，根据Ce2(CO3)3(s)2Ce3＋(aq)＋3CO(aq)，该溶液中c(Ce3＋)＝2.0×10－6mol·L－1、c(CO)＝3.0×10－6mol·L－1，则Ksp[Ce2(CO3)3]＝(2.0×10－6)2×(3.0×10－6)3＝1.08×10－28。当Ce3＋恰好沉淀完全时[c(Ce3＋)＝1×10－5mol·L－1]，溶液中c3(CO)·c2(Ce3＋)＝Ksp[Ce2(CO3)3]，c(CO)＝≈1×10－6mol·L－1。(6)CeO2消除CO尾气，可以看作是CeO2的循环产生的氧气将CO转化为CO2，故化学方程式为2xCO＋CeO2===CeO2(1－x)＋2xCO2。
【答案】 (1)将矿石粉碎成细颗粒、通入大量空气(其他合理答案均可) (2)CeO2＋4H＋＋SO===[CeSO4]2＋＋2H2O (3)随着c(SO)增大，水层中的Ce4＋与SO结合成[CeSO4]2＋，导致萃取平衡逆向移动，D减小 (4)
(5)2Ce4＋＋H2O2===2Ce3＋＋O2↑＋2H＋ 1×10－6 mol·L－1
(6)2xCO＋CeO2===CeO2(1－x)＋2xCO2
(教师用书独具)
1．Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为____________________________。
(2)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率/%
92
95
97
93
88
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________________
____________________________________________________________。
(3)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。
(4)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？________(列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24。
____________________________________________________________。
(5)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式
_____________________________________________________________
____________________________________________________________。
【解析】 (1)根据图像分析，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为100 ℃、2 h或90 ℃、5 h。
(2)当温度低于40 ℃时，H2O2、NH3·H2O不易分解，但是温度低，反应速率慢，TiO2·xH2O转化率低；当温度高于40 ℃时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O的转化率低。
(3)设Li2Ti5O15中过氧键的数目为x，则非过氧键氧原子数目为15－2x，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零可得：2x＋2×(15－2x)＝1×2＋4×5，解得：x＝4。
(4)根据Ksp(FePO4)＝1.3×10－22及Fe3＋恰好完全沉淀时溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，可得c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1。c(Mg2＋)＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1，则c3(Mg2＋)·c2(PO)＝0.013×(1.3×10－17)2＝1.69×10－40≈1.7×10－40
【答案】 (1)100 ℃、2 h或90 ℃、5 h
(2)低于40 ℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降 (3)4
(4)Fe3＋恰好沉淀完全时，c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO)值为0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40
2．(2018·成都一模)高锰酸钾常用作消毒杀菌剂、水质净化剂等。某小组用软锰矿(主要含MnO2，还含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等杂质)模拟工业制高锰酸钾流程如下。试回答下列问题：
(1)配平焙烧时发生的化学反应方程式：________MnO2＋________ ________＋________O2________K2MnO4＋________H2O；工业生产中采用对空气加压的方法提高MnO2利用率，试用碰撞理论解释其原因：___________
____________________________________________________________。
(2)滤渣Ⅱ的成分有________(化学式)；第一次通CO2不能用稀盐酸代替的原因是_______________________________________________________
___________________________________________________________。
(3)第二次通入过量CO2生成MnO2的离子方程式为______________。
(4)将滤液Ⅲ进行一系列操作得KMnO4。由图像可知，从滤液Ⅲ得到KMnO4需经过______、________、洗涤等操作。
(5)工业上按上述流程连续生产。用含a%MnO2的软锰矿1吨，理论上最多可制KMnO4________吨。(保留2位有效数字)
(6)利用电解法可得到更纯的KMnO4。用惰性电极电解滤液Ⅱ。
①电解槽阳极反应式为________________________________________。
②阳极还可能有气体产生，该气体是________。
【解析】 由流程图可知，软锰矿在空气和碱性环境中焙烧冷却后，得到K2MnO4、硅酸盐、偏铝酸盐和Fe2O3，过滤后，滤液中是K2MnO4、硅酸盐、偏铝酸盐，通入CO2生成H2SiO3和Al(OH)3沉淀，滤液中第二次通入过量CO2生成KMnO4。(2)滤渣Ⅱ是H2SiO3和Al(OH)3沉淀；盐酸是强酸，易将Al(OH)3沉淀溶解，不宜掌握用量。(3)第二次通入的CO2和溶液中的K2MnO4反应的离子方程式为3MnO＋4CO2＋2H2O===MnO2↓＋2MnO＋4HCO。(4)由曲线可知，KMnO4溶解度随温度变化较小，故使用蒸发结晶法，趁热过滤。(5)依据工艺流程，含Mn物质间的定量转化应为：
MnO2～K2MnO4～KMnO4＋MnO2
但是MnO2循环利用，多次转化，可视为原料中的Mn全部转化为KMnO4所以：m(KMnO4)＝×158＝0.018a t。(6)①电解滤液Ⅱ，阳极被氧化MnO－e－===MnO。②阳极还可能发生4OH－－e－===O2↑＋2H2O，产生O2。
【答案】 (1)2 4 KOH 1 2 2 加压增大了氧气浓度，使单位体积内的活化分子数增加，有效碰撞次数增多，反应速率加快，使MnO2反应更充分
(2)Al(OH)3、H2SiO3 稀盐酸可溶解Al(OH)3，不易控制稀盐酸的用量
(3)3MnO＋4CO2＋2H2O===MnO2↓＋2MnO＋4HCO
(4)蒸发结晶 趁热过滤
(5)0.018a
(6)①MnO－e－===MnO ②O2
3．(2018·蓉城名校一模)3PbO·PbSO4·H2O化学名：三盐基硫酸铅，简称三盐，M＝990 g·mol－1。不溶于水，微黄色粉末，可用作聚氯乙烯稳定剂。以铅泥(含PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐基硫酸铅的工艺流程如图所示。
已知：PbSO4的Ksp＝1.82×10－8，PbCO3的Ksp＝1.462×10－13。
请回答下列问题：
(1)铅蓄电池其工作原理是Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。充电时，阳极的电极反应式为_______________________________________
___________________________________________________________。
(2)步骤①转化的目的是______________________________________，
将滤液1、滤液3合并，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作，可得到一种结晶水合物(M＝322 g·mol－1)，其化学式为________；滤液2中可循环利用的溶质为________(填化学式)。
(3)沉铅后的滤液中c(Pb2＋)＝9.10×10－5mol·L－1，则此时c(SO)＝________mol·L－1。
(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为________________
____________________________________________________________；
步骤⑦洗涤沉淀时的操作是_____________________________________
____________________________________________________________；
若以100.0 t铅泥为原料制得纯净干燥的三盐49.5 t，假设铅泥中的铅元素有90%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为________。
【解析】 (1)铅蓄电池充电时，阳极发生氧化反应，其电极反应式为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO＋4H＋。(2)步骤①加入Na2CO3溶液能将PbSO4转化为PbCO3，可以提高铅元素的利用率。结合上述分析可知滤液1、滤液3中均含有Na2SO4，再结合所得晶体的摩尔质量可知析出的晶体为Na2SO4·10H2O。滤液2中的HNO3可循环使用。(3)沉铅后滤液中c(Pb2＋)＝9.10×10－5mol·L－1，则滤液中c(SO)＝＝ mol·L－1＝2.0×10－4 mol·L－1。
(4)步骤⑥中加入NaOH溶液，使PbSO4转化成三盐，化学方程式为4PbSO4＋6NaOH3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O。沉淀表面有Na2SO4等杂质，洗涤沉淀时，向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，并重复上述操作2～3次即可。设铅泥中铅元素的质量分数为x，根据关系式：
4Pb ～ 3PbO·PbSO4·H2O
4 mol×207 g·mol－1 990 g
100．0 t×x×90% 49.5 t
则＝，解得x＝46.0 %。
【答案】 (1)PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO＋4H＋
(2)将PbSO4转化为PbCO3，提高铅的利用率 Na2SO4·10H2O HNO3
(3)2.0×10－4
(4)4PbSO4＋6NaOH3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O 向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，并重复上述操作2～3次 46.0%
4．(2018·桂林模拟)金属钛被称为“21世纪金属”。
(1)工业上用钛矿石(主要成分为FeTiO3，主要含FeO、Al2O3、SiO2等杂质)经过以下流程制得TiO2：
其中，步骤Ⅱ发生的主要反应为2H2SO4＋FeTiO3===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。
①步骤Ⅰ发生反应的离子方程式是_________________________、
__________________________________________________________。
为提高钛矿石的碱浸出速率，步骤Ⅰ可采取的办法除提高碱的浓度外，还可以采取的办法有________、________(写出两种方法)。
②步骤Ⅱ中加入Fe的目的是___________________________________；
分离出FeSO4晶体的操作是____________________________________。
③步骤Ⅲ形成的TiO2·nH2O为胶体，步骤Ⅲ发生反应的化学方程式为___________________________________________________________。
(2)可利用TiO2通过下述两种方法制备金属钛。
方法一：将TiO2作阴极，石墨作阳极，熔融CaO为电解液，碳块作电解池槽，电解TiO2制得钛，阳极上一定生成的气体是________，可能生成的气体是________。
方法二：通过以下反应制备金属钛。
①TiO2(s)＋2Cl2(g)TiCl4(g)＋O2(g)
ΔH＝＋151 kJ·mol－1
②TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti
实际生产中，需在反应①过程中加入碳，可以顺利制得TiCl4。碳的作用除燃烧放热外，还具有的作用是__________________________________
________________________________________________________。
【解析】 (1)①步骤Ⅰ中Al2O3、SiO2均能与浓NaOH溶液反应，其离子方程式分别为Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O、SiO2＋2OH－===SiO＋H2O。为提高钛矿石的碱浸出速率，可采取适当增加碱的浓度、升高反应温度、粉碎钛矿石或搅拌等措施。②步骤Ⅱ所得溶液中的Fe2＋易被氧化成Fe3＋，加入适量铁粉，可将溶液中的Fe3＋还原为Fe2＋。从溶液中分离出FeSO4晶体时，可采取的操作为过滤。③TiOSO4在溶液中加热水解生成 TiO2·nH2O(胶体)的化学方程式为TiOSO4＋(n＋1)H2OTiO2·nH2O(胶体)＋H2SO4。(2)熔融CaO中的O2－向阳极移动，阳极上O2－失电子被氧化为O2；由于碳块作电解池槽，则阳极还可能生成CO、CO2或二者的混合气体。反应①的过程中加入适量碳，碳燃烧放出热量提供反应所需的高温，此外碳还可以和生成物O2反应，促使反应①的平衡正向移动。
【答案】 (1)①Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 升高温度(或加热) 粉碎钛矿石或搅拌(其他合理答案均可) ②还原Fe3＋ 过滤 ③TiOSO4＋(n＋1)H2OTiO2·nH2O(胶体)＋H2SO4 (2)O2(或氧气) CO2(或CO或CO2、CO) 消耗O2，促进反应①的平衡向正反应方向移动
5．(2018·东北三省联考)铅及其化合物有着优异的性能和广泛的应用。工业上利用铅浮渣(主要成分是PbO、Pb还含有少量的Ag、CaO)可制备硫酸铅。制备流程图如下：
已知：Ksp(PbSO4)＝1.6×10－8 Ksp(CaSO4)＝4.9×10－5
(1)步骤Ⅰ有NO产生，浸出液中含量最多的金属阳离子为Pb2＋，写出Pb参加反应的化学方程式：____________________________________________
_________________________________________________________，
为防止Ag被溶解进入浸出液，步骤Ⅰ操作时应注意__________________________________。
(2)粗PbSO4产品含有的杂质是________；要得到纯净的PbSO4，需要用试剂进行多次洗涤，再用蒸馏水洗涤。最好选用的试剂是________________。
A．稀硫酸 B．稀盐酸
C．硝酸铅溶液 D．酒精
(3)母液中可循环利用的物质是HNO3，若母液中残留的SO过多，则循环利用时可能出现的问题是________________________________________
______________________________________________________。
(4)若将步骤Ⅱ中的Pb2＋完全沉淀[c(Pb2＋)≤1.0×10－5mol·L－1]，则溶液中的c(SO)至少为________mol·L－1。
(5)(CH3COO)2Pb是皮毛行业的染色助剂，可用PbSO4与CH3COONH4反应制备，写出反应的离子方程式___________________________________
________________________________________________________。
【解析】 (1)Pb能与稀HNO3发生氧化还原反应，其化学方程式为3Pb＋8HNO3===3Pb(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。由于金属活泼性：Pb＞Ag，故步骤Ⅰ中为了防止Ag溶解进入浸出液，需控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余。(2)根据题图可知所得粗PbSO4产品中含有CaSO4杂质，根据PbSO4、CaSO4的溶度积常数可知相同条件下PbSO4更难溶，为了得到纯净的PbSO4，可用硝酸铅溶液多次洗涤粗产品，使CaSO4转化为PbSO4，再用蒸馏水洗涤。(3)若母液中残留的SO过多，则其会与浸出时生成的Pb2＋反应生成PbSO4，PbSO4会随浸出渣排出，从而降低PbSO4的产率。(4)步骤Ⅱ中Pb2＋完全沉淀时溶液中c(Pb2＋)≤1.0×10－5 mol·L－1，则溶液中c(SO)至少为 mol·L－1＝1.6×10－3mol·L－1。(5)根据题中信息可知PbSO4与CH3COONH4发生复分解反应得到(CH3COO)2Pb，其离子方程式为PbSO4＋2CH3COO－===(CH3COO)2Pb＋SO。
【答案】 (1)3Pb＋8HNO3===3Pb(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余(其他合理答案均可)
(2)CaSO4 C (3)浸出时部分Pb2＋生成PbSO4随浸出渣排出，降低PbSO4的产率 (4)1.6×10－3 (5)PbSO4＋2CH3COO－===(CH3COO)2Pb＋SO
6．(2018·合肥模拟)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的一种工艺流程如下：
已知：i.Ce4＋能与F－结合成[CeFx](4－x)＋，也能与SO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1.0×10－6mol·L－1。
回答下列问题：
(1)“氧化焙烧”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是______________________________(写出2种即可)。
(2)写出“氧化焙烧”产物CeO2与稀H2SO4反应的离子方程式：__________________________________________________________。
(3)“萃取”时存在反应：Ce4＋＋n(HA)2Ce(H2n－4A2n)＋4H＋。D表示Ce4＋分别在有机层中与水层中存在形式的浓度之比的比值(D＝)。保持其他条件不变，在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改变水层中的c(SO)，D随起始料液中c(SO)增大而减小的原因是__________________________
___________________________________________________________。
(4)浸渣经处理可得Ce(BF4)3，加入KCl溶液发生反应：Ce(BF4)3(s)＋3K＋(aq)3KBF4(s)＋Ce3＋(aq)。
若一定温度时，Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分别为a、b，则该反应的平衡常数K＝________(用a、b表示)。
(5)“反萃取”中加H2O2发生主要反应的离子方程式为______________________________。常温下，在“反萃取”后所得水层中加入1.0 mol·L－1的NH4HCO3溶液，产生Ce2(CO3)3沉淀，当Ce3＋恰好沉淀完全时[c(Ce3＋)＝1×10－5mol·L－1]，溶液中c(CO)约为________________________。
(6)CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键成分，它能在还原气氛中供氧，在氧化气氛中耗氧。在尾气消除过程中发生着CeO2CeO2(1－x)＋xO2↑(0≤x≤0.25)的循环。写出CeO2消除CO尾气的化学方程式：____________________
__________________________________________________________。
【解析】 (1)“氧化焙烧”过程中，将矿石粉碎成细颗粒、通入大量空气等均可以加快反应速率和提高原料利用率。(2)根据Ce4＋能与SO结合成[CeSO4]2＋知，CeO2与稀H2SO4反应生成[CeSO4]2＋和H2O，离子方程式为CeO2＋4H＋＋SO===[CeSO4]2＋＋2H2O。(3)水层中的Ce4＋会与SO结合成[CeSO4]2＋，随着c(SO)增大，c([CeSO4]2＋)增大，c(Ce4＋)减小，导致萃取平衡Ce4＋＋n(HA)2Ce(H2n－4A2n)＋4H＋向逆反应方向移动，c[Ce(H2n－4A2n)]减小，故D＝减小。(4)该反应的平衡常数K＝＝＝＝。(5)在硫酸体系中Ce4＋能被萃取剂[(HA)2]萃取，而Ce3＋不能，“反萃取”中加H2O2，是为了将Ce4＋还原为Ce3＋，则H2O2转化为O2，配平离子方程式为2Ce4＋＋H2O2===2Ce3＋＋O2↑＋2H＋。常温下，Ce2(CO3)3饱和溶液的浓度为1.0×10－6mol·L－1，根据Ce2(CO3)3(s)2Ce3＋(aq)＋3CO(aq)，该溶液中c(Ce3＋)＝2.0×10－6mol·L－1、c(CO)＝3.0×10－6mol·L－1，则Ksp[Ce2(CO3)3]＝(2.0×10－6)2×(3.0×10－6)3＝1.08×10－28。当Ce3＋恰好沉淀完全时[c(Ce3＋)＝1×10－5mol·L－1]，溶液中c3(CO)·c2(Ce3＋)＝Ksp[Ce2(CO3)3]，c(CO)＝≈1×10－6mol·L－1。(6)CeO2消除CO尾气，可以看作是CeO2的循环产生的氧气将CO转化为CO2，故化学方程式为2xCO＋CeO2===CeO2(1－x)＋2xCO2。
【答案】 (1)将矿石粉碎成细颗粒、通入大量空气(其他合理答案均可) (2)CeO2＋4H＋＋SO===[CeSO4]2＋＋2H2O (3)随着c(SO)增大，水层中的Ce4＋与SO结合成[CeSO4]2＋，导致萃取平衡逆向移动，D减小 (4)
(5)2Ce4＋＋H2O2===2Ce3＋＋O2↑＋2H＋ 1×10－6 mol·L－1
(6)2xCO＋CeO2===CeO2(1－x)＋2xCO2
相关资料
更多
