高三化学每天练习20分钟——工艺流程核心反应与条件的控制（有答案和详细解析）

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已知：碳酸锂的溶解度(g·L－1)见下表。
(1)硫酸化焙烧工业反应温度控制在250～300 ℃，主要原因是___________________________
______________________________________________________________________________；
同时，硫酸用量为理论耗酸量的115%左右，硫酸如果加入过多则________(填字母)。
A．增加酸耗量
B．增加后续杂质的处理量
C．增加后续中和酸的负担
(2)水浸时，需要在搅拌下加入石灰石粉末的主要作用是______________________________。
(3)“沉锂”需要在95 ℃以上进行，主要原因是______________________。过滤碳酸锂所得母液中主要含有Na2SO4，还可能含有________________。
2．利用水钴矿(主要成分为C2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程，回答下列问题：
已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H＋、C2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋等。
②沉淀Ⅰ中只含有两种沉淀。
③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
(1)浸出过程中C2O3发生反应的离子方程式为______________________________________。
(2)加入NaClO3的作用是________________________________________________________。
(3)加入Na2CO3调pH至5.2，目的是______________；萃取剂层含锰元素，则沉淀Ⅱ的主要成分为________________________________________________________________________。
(4)操作Ⅰ包括：将水层加入浓盐酸调整pH为2～3，________、________、过滤、洗涤、减压烘干等过程。
3．(2019·长春实验中学模拟)从古至今，铁及其化合物在人类生产生活中的作用发生了巨大变化。
(1)古代中国四大发明之一的指南针是由天然磁石制成的，其主要成分是________(填字母)。
a．Fe b．FeO
c．Fe3O4 d．Fe2O3
(2)硫酸渣的主要化学成分为SiO2约45%、Fe2O3约40%、Al2O3约10%、MgO约5%。用该废渣制取药用材料——红氧化铁的工艺流程如图(部分操作和条件略)：
①在步骤Ⅰ中产生的气体可能有________。
②在步骤Ⅲ操作中，要除去的离子之一为Al3＋。若常温时Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－32，此时理论上将Al3＋沉淀完全(Al3＋的浓度为10－5 ml·L－1)，则溶液的pH为________。
③步骤Ⅳ中，生成FeCO3的离子方程式是________________________。
(3)氯化铁溶液称为化学试剂中的“多面手”，向氯化铜和氯化铁的混合溶液中加入氧化铜粉末会产生新的沉淀，写出该沉淀的化学式：__________________________。请用平衡移动的原理，结合必要的离子方程式，对此现象作出解释：__________________________________
______________________________________________________________________________。
(4)①古老而神奇的蓝色染料普鲁士蓝的合成方法如图：
反应Ⅱ的离子方程式是__________________________________________________________。
②如今基于普鲁士蓝合成原理可检测食品中CN－，方案如图：
eq \x(食品待测液)eq \(―――→,\s\up7(加热煮沸))eq \x(HCN气体)eq \(――――――→,\s\up7(FeSO4碱性试纸))eq \x(试纸变蓝)
若试纸变蓝则证明食品中含有CN－，请解释检测时试纸中FeSO4的作用：_________________
______________________________________________________________________________。
4．四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣(主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合价为＋4)作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如图：
(1)硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是___________________________________________。
(2)向滤液Ⅰ中加入铁粉，发生反应的离子方程式为__________________________________、______________________________________________________________________________。
(3)在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅲ，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。书写水解的离子方程式：_______________________________________________________________。
(4)水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：_________________________
______________________________________________________________________________。
(5)过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、____________________(填化学式)，减少废物排放。
(6)A可用于生产红色颜料(Fe2O3)，其实验方法是：
a．5.56a kg A(摩尔质量为278 g·ml－1)溶于水中，加入适量氢氧化钾溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；
b．再向红褐色胶体中加入33.36b kg A和1.12c kg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；
c．过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。
若所得滤液中溶液只有硫酸钾和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料________________kg。
5．(2019·银川月考)铁红(Fe2O3)和钛白粉(TiO2)均为重要的墙面装修颜料。一种利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量Fe2O3)联合生产铁红和钛白粉的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
(1)FeSO4溶液与NH4HCO3溶液的反应温度应控制在35 ℃以下，其原因是________________
_____________________________________________________，
该反应的离子方程式是__________________________________________________________。
(2)TiO2＋转化为TiO(OH)2需要加热，加热的目的是___________________________________，该反应的离子方程式为__________________________________________________________。
(3)常温时，在生成的FeCO3达到沉淀溶解平衡的溶液中，测得溶液中c(COeq \\al(2－,3))＝3.0×10－6 ml·L－1，pH为8.5，则所得的FeCO3中是否含Fe(OH)2？(列式计算)
{已知Ksp(FeCO3)＝3.0×10－11，Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－16}
答案精析
1．(1)温度低于250 ℃，反应速率较慢；温度高于300 ℃，硫酸挥发较多 ABC (2)除去多余的硫酸，同时调整pH，除去大部分杂质
(3)温度越高，碳酸锂溶解度越小，可以增加产率 Na2CO3、Li2CO3
2．(1)C2O3＋SOeq \\al(2－,3)＋4H＋===2C2＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2H2O (2)将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于后面调节pH时生成Fe(OH)3沉淀而除去 (3)使Fe3＋和Al3＋沉淀完全 CaF2和MgF2
(4)蒸发浓缩 冷却结晶
3．(1)c (2)①CO、SO2 ②5 ③Fe2＋＋2HCOeq \\al(－,3)===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O (3)Fe(OH)3 Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，加入CuO与H＋反应生成Cu2＋和H2O，降低了H＋浓度，使得水解平衡正向移动，生成Fe(OH)3沉淀
(4)①3[Fe(CN)6]4－＋4Fe3＋===Fe4[Fe(CN)6]3↓ ②碱性条件下，Fe2＋与CN－结合生成[Fe(CN)6]4－，Fe2＋被空气中O2氧化生成Fe3＋，[Fe(CN)6]4－与Fe3＋反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色
解析 (2)①由分析可知，“焙烧”中产生的气体可能有CO、SO2等；②常温时Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－32，理论上将Al3＋沉淀完全时，c(OH－)＝eq \r(3,\f(Ksp,cAl3＋))＝eq \r(3,\f(10－32,10－5))＝10－9 ml·L－1，则c(H＋)＝eq \f(10－14,10－9)＝10－5 ml·L－1，pH＝5；③生成FeCO3的离子方程式是Fe2＋＋2HCOeq \\al(－,3)===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。(3)因为Fe3＋会水解产生H＋：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，加入CuO与H＋反应生成Cu2＋和H2O，降低了H＋浓度，使得水解平衡正向移动，生成Fe(OH)3沉淀。
4．(1)TiO2＋2H2SO4===Ti(SO4)2＋2H2O(或TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O) (2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋ (3)Ti4＋＋4H2OTiO2·2H2O＋4H＋ (或TiO2＋＋3H2OTiO2·2H2O＋2H＋) (4)加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低H＋浓度促进钛盐水解 (5)H2O、FeSO4、H2SO4 (6)(1.60a＋3.20b＋1.60c)
解析 (6)依题意A与适量氢氧化钾溶液恰好完全反应，FeSO4＋2KOH===K2SO4＋Fe(OH)2↓，根据开始加入A为20a ml，可知加入KOH为40a ml；后来又加入120b ml的A和20c ml的铁，由K2SO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、Fe2O3等化学式的定量组成和守恒思想分别可求得以下各量：利用K＋守恒，n(KOH)＝2n(K2SO4)，可知K2SO4物质的量为20a ml；利用SOeq \\al(2－,4)守恒，n(FeSO4)＝n(K2SO4)＋3n[Fe2(SO4)3]，可知Fe2(SO4)3物质的量为(20a＋120b－20a)ml×eq \f(1,3)＝40b ml；利用Fe原子守恒，n(FeSO4)＋n(Fe)＝2n[Fe2(SO4)3]＋2n(Fe2O3)，可知n(Fe2O3)＝(20a＋120b＋20c－40b×2) ml×eq \f(1,2)＝(10a＋20b＋10c)ml，计算得m(Fe2O3)＝(1.60a＋3.20b＋1.60c)kg。
5．(1)减少NH4HCO3分解、减少Fe2＋水解 Fe2＋＋2HCOeq \\al(－,3)===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O (2)促进TiO2＋水解，加快反应速率 TiO2＋＋2H2Oeq \(====,\s\up7(△))TiO(OH)2↓＋2H＋ (3)Ksp(FeCO3)＝c(Fe2＋)·c(COeq \\al(2－,3))，故c(Fe2＋)＝eq \f(KspFeCO3,cCO\\al(2－,3))＝1.0×10－5 ml·L－1，pH＝8.5，则c(OH－)＝10－5.5 ml·L－1，故c(Fe2＋)·c2(OH－)＝10－16温度/℃
0
10
20
30
40
50
60
80
100
Li2CO3
1.54
1.43
1.33
1.25
1.17
1.08
1.01
0.85
0.72
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
C(OH)2
Al(OH)3
Mn(OH)2
开始沉淀
2.7
7.6
7.6
4.0
7.7
完全沉淀
3.7
9.6
9.2
5.2
9.8