二工艺流程专练 高考化学一轮复习专项练含解析

工艺流程专练

(建议用时40分钟)

1．(2019·全国卷Ⅰ)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：

回答下列问题：

(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为____________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

(2)“滤渣1”的主要成分有________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋离子，可选用的化学试剂是________。

(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3＋H2O⇌H＋＋B(OH)，Ka＝5.81×10－10，可判断H3BO3是________酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是____________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为____________________________________________________________________

__________________________________________________________________，

母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是______________。

【解析】(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体为NH3，其在“吸收”中发生的反应主要是氨气与碳酸氢铵的反应，故反应的化学方程式为NH4HCO3＋NH3=== (NH4)2CO3。

(2)用硫酸铵溶液溶浸过程中主要反应的物质为Mg2B2O5·H2O，故溶浸后产生的滤渣1的主要成分是SiO2、Fe2O3、Al2O3，检验Fe3＋可选用的化学试剂是KSCN。

(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)可知，H3BO3是一元酸，根据其Ka值可以判断是弱酸，故H3BO3是一元弱酸；根据流程图可知“过滤2”主要得到的是H3BO3，所以将溶液pH调节至3.5，由于H3BO3是一元弱酸，故主要目的是调节溶液至酸性，促进H3BO3析出。

(4)“沉镁”过程主要是镁离子与碳酸铵发生的反应，故反应的离子方程式为2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO或2Mg2＋＋2CO＋H2O=== Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑；由于在最后过程中铵根离子和硫酸根离子没有参与反应，所以在母液中主要含有上述两种离子，所以加热后对应的碳酸铵、二氧化碳等挥发，溶液中最终剩余的是硫酸铵，所以可以返回“溶浸”环节中继续使用；碱式碳酸镁高温煅烧之后会发生分解最终变成氧化镁。

答案：(1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3

(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3　KSCN

(3)一元弱　转化为H3BO3，促进析出

(4)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO

(或2Mg2＋＋2CO＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑)

溶浸　高温焙烧

2．以黄铁矿为原料制硫酸会产生大量的废渣，合理利用废渣可以减少环境污染，变废为宝。工业上利用废渣(含Fe2＋、Fe3＋的硫酸盐及少量CaO和MgO)制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，具体生产流程如下：

注：铵黄铁矾的化学式为(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12。

(1)在废渣溶解操作时，应选用________溶解(填字母)。

A．氨水

B．氢氧化钠溶液

C．盐酸

D．硫酸

(2)物质A是一种氧化剂，工业上最好选________________________________

(供选择使用的有空气、Cl2、MnO2)，其理由是________________________。氧化过程中发生反应的离子方程式为________________。

(3)根据如图有关数据，你认为工业上氧化操作时应控制的条件(从温度、pH和氧化时间三方面说明)是____________________。

(4)铵黄铁矾中可能混有的杂质有Fe(OH)3、____________。铵黄铁矾与氨水反应的化学方程式为___________________________________________。

【解析】(1)该流程的目的是制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，不能引入杂质离子，不能选用盐酸，而氨水和NaOH溶液能沉淀Fe3＋和Fe2＋，也不能选用。(2)空气中的氧气在酸性条件下可将Fe2＋氧化为Fe3＋，空气易得，成本低，不产生污染，不引入杂质，氧化过程离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O。

(3)由图知，控制温度在80 ℃、pH为1.5、氧化时间为4 h左右，Fe2＋的氧化率较高。(4)废渣溶解经氧化后溶液中存在Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋，加氨水后，可能生成Mg(OH)2沉淀、Fe(OH)3沉淀，另外Ca(OH)2和CaSO4的溶解度较小，也可能析出。由流程图知，铵黄铁矾与氨水反应得(NH4)2SO4和Fe(OH)3。

答案：(1)D

(2)空气　原料易得，成本低，不产生污染，不引入杂质　4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O

(3)温度控制在80 ℃，pH控制在1.5，氧化时间为4 h左右

(4)Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaSO4

(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12＋6NH3·H2O===4(NH4)2SO4＋6Fe(OH)3↓

3．软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质，工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程如下：

已知：①部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表

②温度高于27 ℃时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。

(1)“浸出”过程中MnO2转化为Mn2＋的离子方程式为______________________。

(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是___________________________________。

(3)第1步除杂中形成滤渣1的主要成分为__________(填化学式)，调pH至5～6所加的试剂，可选择________(填以下试剂的序号字母)。

a．CaO　　b．MgO　　c．Al2O3　　d．氨水

(4)第2步除杂，主要是将Ca2＋、Mg2＋转化为相应氟化物沉淀除去，写出MnF2除去Mg2＋的离子反应方程式：___________________________________，该反应的平衡常数数值为________。

(已知：MnF2的Ksp＝5.3×10－3；CaF2的Ksp＝1.5×10－10；MgF2的Ksp＝7.4×10－11)

(5)采用“趁热过滤”操作的原因是________________________________________

________________________________________________________。

(6)取少量MnSO4·H2O溶于水，配成溶液，测其pH发现该溶液显酸性，原因是____________________________(用离子方程式表示)。

【解析】(1)“浸出”过程中MnO2与SO2发生氧化还原反应，离子方程式为MnO2＋SO2===SO＋Mn2＋。

(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，以便于形成Fe(OH)3沉淀，过滤将沉淀除去。

(3)第1步除杂时调整溶液的pH在5～6，可以使溶液中的Al3＋、Fe3＋分别形成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以形成滤渣1的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3；在调pH至5～6时，为了不引入新的杂质离子，所加的试剂应该可以与酸发生反应，可选择含有Ca2＋、Mg2＋的化合物CaO、MgO，a、b正确。

(4)第2步除杂，主要是将Ca2＋、Mg2＋转化为相应的氟化物沉淀除去，MnF2除去Mg2＋的离子方程式是MnF2＋Mg2＋Mn2＋＋MgF2；该反应的平衡常数K＝＝＝≈7.2×107。

(5)由已知②温度高于27 ℃时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故采用“趁热过滤”操作可以减少MnSO4·H2O在水中的溶解，得到更多产品。

(6)MnSO4是强酸弱碱盐，Mn2＋发生水解反应。

答案：(1)MnO2＋SO2===SO＋Mn2＋

(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋

(3)Al(OH)3、Fe(OH)3　ab

(4)MnF2＋Mg2＋Mn2＋＋MgF2　7.2×107

(5)减少MnSO4·H2O在水中的溶解，得到更多产品

(6)Mn2＋＋2H2OMn(OH)2＋2H＋

【加固训练——拔高】

氟化铬(CrF3)可用作毛织品防蛀剂、卤化催化剂、大理石硬化及着色剂。以铬云母矿石(含4.5%Cr2O3，还含Fe2O3、FeO、MgO、SiO2)为原料制备氟化铬的工艺流程如下：

相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如表所示：

请回答下列问题：

(1)Fe2O3、MgO、FeO、SiO2中属于碱性氧化物的有________种。

(2)将铬云母矿石粉碎的目的是____________________________________。

(3)滤渣1主要成分的用途是____________。(写一种)

(4)Cr2O3与稀硫酸反应的化学方程式为_______________________________

_____________________________________________________________。

(5)第一次滴加氨水调节pH范围为________________。

(6)第二次滴加氨水调节pH为6.8～8.8的目的是_________________________，

Cr(OH)3与Al(OH)3一样具有两性，若第二次滴加的氨水改为NaOH溶液，生成的Cr(OH)3会部分溶解，写出Cr(OH3)溶解的离子方程式：_____________ _______________________。

(7)“一系列操作”包括过滤、蒸发浓缩、_____________________________ ___________________________________________。

(8)若取1 t该铬云母矿石制备氟化铬，整个流程损失1.2%的Cr，则制得CrF3的质量为________ kg。

【解析】(1)Fe2O3、MgO、FeO、SiO2中属于碱性氧化物的有Fe2O3、MgO、FeO，共3种。(2)将铬云母矿石粉碎的目的是增大反应接触面积，提高浸取率。(3)滤渣1的主要成分是SiO2，SiO2可用于制备光导纤维、玻璃、电子工业的重要部件等。(4)Cr2O3与H2SO4反应的化学方程式为Cr2O3＋3H2SO4===Cr2(SO4)3＋3H2O。(5)根据流程图知，第一次滴加氨水沉淀的为Fe3＋，结合表中数据知，应调节的pH范围为4.1≤pH<4.9。(6)第二次滴加氨水调节pH为6.8～8.8的目的是使Cr3＋完全沉淀，Mg2＋不沉淀；Cr(OH)3与Al(OH)3类似具有两性，故该反应的离子方程式为Cr(OH)3＋OH－===Cr(OH)或Cr(OH)3＋OH－===CrO＋2H2O。(7)一系列操作包括过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(8)由原子守恒可得制得的CrF3的质量为[×2×109] kg＝63.765 kg。

答案：(1)3

(2)增大接触面积，提高浸取率

(3)制备光导纤维(或其他合理答案)

(4)Cr2O3＋3H2SO4===Cr2(SO4)3＋3H2O

(5)4.1～4.9(或4.1≤pH<4.9)

(6)使Cr3＋完全沉淀，Mg2＋不沉淀

Cr(OH)3＋OH－===Cr(OH)

[或Cr(OH)3＋OH－===CrO＋2H2O]

(7)冷却结晶、过滤、洗涤、干燥

(8)63.765