高考化学三轮冲刺热点题型特训 七、化工流程中重要物质的确定专练

七、化工流程中重要物质的确定专练

1．废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：

流程中有三处实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是________。循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是_________________________________________。

答案　H2SO4　防止由于溶液中的c(OH－)过高，生成Cu(OH)2沉淀

解析　操作④得到的H2SO4 可以利用到反应Ⅲ中，所以第三处循环的试剂为H2SO4；NH4Cl水解溶液呈酸性，可以中和溶液中的OH―，防止由于溶液中的c(OH－)过高，生成Cu(OH)2沉淀。

2．毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质)，实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下：

加入NH3·H2O调节pH＝8可除去________(填离子符号)，滤渣Ⅱ中含________(填化学式)。加入H2C2O4时应避免过量，原因是_____________________________________。

已知：Ksp(BaC2O4)＝1.6×10－7，Ksp(CaC2O4)＝2.3×10－9。

答案　Fe3＋　Mg(OH)2、Ca(OH)2　H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品的产量减少

解析　根据流程图及表格中数据可知，加入NH3·H2O调节pH＝8时，只有Fe3＋完全沉淀而除去。加入NaOH，调pH＝12.5，对比表格中数据可知，此时Mg2＋完全沉淀，Ca2＋部分沉淀，所以滤渣Ⅱ中含Mg(OH)2、Ca(OH)2。根据Ksp(BaC2O4)＝1.6×10－7，H2C2O4过量时Ba2＋会转化为BaC2O4沉淀，从而使BaCl2·2H2O的产量减少。

3．CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及其化合物、SiO2杂质)生产CuCl的工艺流程如下：

已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCl，CuCl的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。

(1)煅烧的主要目的是____________________________________________________。

(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH，范围为________________________________________，

加入的物质X可以是________。

A．CuO   B．Cu(OH)2

C．NaOH溶液   D．CaCO3

(3)滤渣Ⅱ的主要成分是__________________________________________________。

(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCl，请写出反应的离子方程式：_____________。

答案　(1)使铜转化为可溶于酸的氧化物

(2)4.7≤pH＜5.6　ABC

(3)Fe(OH)3、Al(OH)3

(4)2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCl＋4H＋＋SO

解析　(1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，综观整个流程图可知，CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。(2)调节溶液中的pH时，应保证使Fe3＋和Al3＋完全沉淀，而Cu2＋不能沉淀，故溶液中的pH应4.7≤pH＜5.6，加入的物质不能在含铜离子的溶液中引入新的杂质，再结合后面反应Ⅰ中需加入NaCl，符合要求的有A、B、C三项。(3)溶液的pH为4.7≤pH＜5.6时，Fe3＋和Al3＋完全转化为相应的氢氧化物沉淀，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)由Cu2＋―→CuCl知，铜元素的化合价降低，故SO2在该反应中化合价升高，生成SO，结合原子守恒，反应物还有Cl－和H2O，生成物还有H＋，由此再结合电子得失、电荷守恒可写出反应的离子方程式。

4．钛酸钡粉体是电子陶瓷元器件的重要基础原料。工业上以草酸盐共沉淀法获得草酸氧钛钡晶体[BaTiO(C2O4)2·4H2O]，煅烧可获得钛酸钡粉体。

加入H2C2O4溶液时，发生反应的化学方程式为_________________；

可循环使用的物质X是________。

答案　BaCl2＋TiCl4＋2H2C2O4＋5H2O===

BaTiO(C2O4)2·4H2O↓＋6HCl　盐酸(或HCl)

解析　根据过滤得到草酸氧钛钡晶体[BaTiO(C2O4)2·4H2O]可知，加入H2C2O4溶液时，发生反应的化学方程式为BaCl2＋TiCl4＋2H2C2O4＋5H2O===BaTiO(C2O4)2·4H2O↓＋6HCl。反应中有HCl生成，在酸浸中要加入HCl，因此可以循环利用的是HCl。

5．某地煤矸石经预处理后主要含SiO2(61%)、Al2O3(30%)和少量的Fe2O3、FeO及钙镁化合物等。某实验小组利用其提取Al(OH)3。

(1)滤渣Ⅱ的主要成分是CaCO3、Mg(OH)2和________。

(2)上述流程中可循环利用的物质的化学式是________________。

答案　(1)Fe(OH)3　(2)CO2(或Na2CO3、CO2)

解析　(1)煤矸石溶于稀盐酸发生的反应有：Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O，然后过滤，得到的滤渣为SiO2，向滤液中通入氯气，发生的反应为2Fe2＋＋Cl2===2Cl－＋2Fe3＋，向溶液中加入碳酸钠，CO可以促进Al3＋、Fe3＋、Mg2＋的水解，生成氢氧化物沉淀和CO2，同时还能和Ca2＋生成CaCO3沉淀，加入过量NaOH溶液，Al(OH)3溶解，其余沉淀不溶解，过滤后得到的滤渣Ⅱ为CaCO3、Mg(OH)2和Fe(OH)3，滤液中含有NaAlO2，向滤液中通入二氧化碳，发生的反应为AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO或2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO，然后过滤得到Al(OH)3，母液Ⅱ中含有NaHCO3或碳酸钠。(2)水解时生成二氧化碳气体、转化时需要二氧化碳，水解时需要碳酸钠、转化时得到碳酸氢钠或碳酸钠，所以能循环利用的是CO2(或Na2CO3、CO2)。

6．某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。有人设计了图中的工艺流程，利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。

图中标号处需加入的相应物质分别是

①____________，②____________，③___________________________________，

④____________，⑤____________。

答案　①铁屑　②稀硫酸　③稀硝酸　④氢氧化钠

⑤氢氧化钠

解析　本实验的目的是用废铁屑，常用的酸和碱，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。而废水中含有Fe3＋、Cu2＋、Au3＋，因此首先加入废铁屑将Cu和Au都置换出来。Cu和Au的分离可以利用Cu与稀硝酸能反应而Au不能将其分离，Cu2＋和Fe2＋分别加入碱使其转化为沉淀，灼烧分别生成它们的氧化物。

7．难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：

K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO＋2H2O

为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：

(1)滤渣主要成分有________和________以及未溶杂卤石。

(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K＋的原因：__________

________________________________________________________________________。

(3)“除杂”环节中，先加入________溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入________溶液调滤液pH至中性。

答案　(1)Mg(OH)2　CaSO4　(2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，Mg2＋浓度减小，平衡正向移动，K＋增多　(3)K2CO3　H2SO4

解析　解题时，要依据制备K2SO4的工艺流程，结合物质的分离与提纯的原则进行分析。

(1)杂卤石中加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，CaSO4微溶于水，过滤后，滤渣中含有Mg(OH)2、CaSO4及未溶解的杂卤石。

(2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，使c(Mg2＋)减小，杂卤石的溶解平衡正向移动，同时c(Ca2＋)与c(SO)均增大，从而析出CaSO4沉淀，K＋留在滤液中。

(3)滤液中含有Ca2＋、OH－，可先加入过量K2CO3溶液，除去Ca2＋，过滤后，再加入稀H2SO4调节溶液的pH至中性。

8．烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6－2x]溶液，并用于烟气脱硫研究。

(1)酸浸时反应的化学方程式为________________________________；滤渣Ⅰ的主要成分为________________(填化学式)。

(2)加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3转化为Al2(SO4)x(OH)6－2x。滤渣Ⅱ的主要成分为________________________(填化学式)；若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是________________________(用离子方程式表示)。

答案　(1)Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O　SiO2

(2)CaSO4　3CaCO3＋2Al3＋＋3SO＋3H2O===2Al(OH)3＋3CaSO4＋3CO2↑

解析　(1)酸浸时能与H2SO4反应的是Al2O3，H2SO4与Al2O3反应生成盐和水，SiO2不和H2SO4反应，成为滤渣。

(2)CaCO3和溶液中的H2SO4反应生成CaSO4；如果pH偏高，一部分Al3＋会转化为Al(OH)3沉淀，离子方程式为3CaCO3＋2Al3＋＋3SO＋3H2O===2Al(OH)3＋3CaSO4＋3CO2↑。

9．二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质)。某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如图：

回答下列问题：

(1)洗涤滤渣A的目的是为了除去________(填离子符号)，检验该离子是否洗净的方法是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)第②步反应的离子方程式是_____________________________________________________

________________________________________________________________________，

滤渣B的主要成分是_________________________________________________。

答案　(1)Fe3＋　取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则已洗干净；反之，未洗净(其他合理答案也可)

(2)2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O　SiO2

解析　(1)由流程图可知，利用滤渣A最终可回收铈，故可推知滤渣A中含有CeO2和不溶于盐酸的SiO2，滤液

A中溶质主要为Fe2O3与盐酸反应生成的FeCl3，滤渣A是从 FeCl3溶液中过滤得到的，故洗涤滤渣A的目的是除去表面黏附的Fe3＋；可通过取最后一次洗涤液，用KSCN溶液来检验洗涤液中是否含有Fe3＋，从而判断滤渣A是否洗净。

(2)第②步是在酸性条件下，CeO2与H2O2发生氧化还原反应，CeO2被还原为Ce3＋，则H2O2被氧化为O2，故可写出反应的离子方程式；结合(1)中分析可知滤渣B的主要成分是SiO2。