强化训练6无机化工流程题.docx

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强化训练6无机化工流程题

强化训练六　无机化工流程题

1.工业上常用含少量SiO2、Al2O3的铬铁矿（FeO·Cr2O3）冶炼铬，简要流程如下：

（1）完成下列化学方程式（在横线上填写物质的化学式及计量数）：

2FeO·Cr2O3＋4Na2CO3＋7NaNO3

4Na2CrO4＋Fe2O3＋4CO2↑＋________。

（2）操作①包括过滤与洗涤，在实验室中进行洗涤沉淀的操作是

_________________________________________________________；

操作②可选用的装置（部分夹持装置略去）是________（填序号）。

（3）写出能够完成操作③的相关反应的化学方程式：

_____________________________________________________________________________________________________________________。

（4）化学需氧量（COD）可度量水遭受有机物污染的程度。

在强酸并加热的条件下，用K2Cr2O7作强氧化剂处理水样，并测定消耗的K2Cr2O7的量，然后换算成相当于O2的含量称为化学需氧量（以mg·L－1计）。

化学兴趣小组测定某水样的化学需氧量（COD）过程如下：

Ⅰ.取amL水样置于锥形瓶中，加入10.00mL0.2500mol·L－1的K2Cr2O7溶液。

Ⅱ.……

Ⅲ.加指示剂，用cmol·L－1的硫酸亚铁铵[（NH4）2Fe（SO4）2]溶液滴定，终点时消耗bmL（此步骤的目的是用Fe2＋把多余的Cr2O

转化为Cr3＋）。

①Ⅰ中量取K2Cr2O7溶液的仪器是________。

②计算该水样的化学需氧量时需用到下列关系：

要除去1molCr2O

需消耗________molFe2＋，1molCr2O

相当于________molO2。

答案　

（1）7NaNO2

（2）向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，待液体流下，重复操作2～3次　D

（3）2Cr2O3

4Cr＋3O2↑（或2Al＋Cr2O3

2Cr＋Al2O3）（其他答案合理也可）

（4）①酸式滴定管（或移液管）　②6　1.5

解析　

（1）根据化学方程式中的元素守恒和原子个数守恒可知需要补充“7NaNO2”。

（4）①K2Cr2O7具有强氧化性，故选用酸式滴定管或移液管。

②Fe2＋与Cr2O

发生氧化还原反应生成Fe3＋和Cr3＋，根据得失电子守恒可知，1molCr2O

需消耗6molFe2＋；根据Cr2O

～2Cr3＋转移6e－，O2～2H2O转移4e－可知，1molCr2O

相当于1.5molO2。

2．Ⅰ.利用含锰废水（主要含Mn2＋、SO

、H＋、Fe2＋、Al3＋、Cu2＋）可制备高性能磁性材料碳酸锰（MnCO3）。

其中一种工艺流程如下：

已知某些物质完全沉淀的pH如下表：

沉淀物

Fe（OH）3

Al（OH）3

Cu（OH）2

Mn（OH）2

CuS

MnS

MnCO3

沉淀完全时的pH

3.2

5.4

6.4

9.8

≥0

≥7

≥7

回答下列问题：

（1）过程②中，所得滤渣W的主要成分是

______________________________________________________________________________________________________________________。

（2）过程③中，发生反应的离子方程式是

______________________________________________________________________________________________________________________。

（3）过程④中，若生成的气体J可使澄清石灰水变浑浊，则生成MnCO3的反应的离子方程式是

______________________________________________________________________________________________________________________。

（4）由MnCO3可制得重要的催化剂MnO2：

2MnCO3＋O2===2MnO2＋2CO2。

现在空气中加热460.0gMnCO3，得到332.0g产品，若产品中杂质只有MnO，则该产品中MnO2的质量分数是________（用百分数表示，小数点后保留1位小数）。

Ⅱ.常温下，浓度均为0.1mol·L－1的下列六种溶液的pH如下表：

溶质

CH3COONa

NaHCO3

Na2CO3

NaClO

NaCN

C6H5ONa

pH

8.8

9.7

11.6

10.3

11.1

11.3

（1）上述盐溶液中的阴离子，结合H＋能力最强的是

______________________________________________________________________________________________________________________。

（2）根据表中数据判断，浓度均为0.01mol·L－1的下列物质的溶液中，酸性最强的是________（填序号）。

A．HCN　B．HClO　C．C6H5OH　D．CH3COOH

E．H2CO3

答案　Ⅰ.

（1）Fe（OH）3、Al（OH）3

（2）MnS＋Cu2＋===Mn2＋＋CuS

（3）Mn2＋＋2HCO

===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O

（4）78.6%

Ⅱ.

（1）CO

（2）D

解析　Ⅰ.

（1）根据各物质完全沉淀时的pH可知，当pH＝5.4时产生的沉淀有Fe（OH）3和Al（OH）3。

（2）根据流程，过程③后Mn元素进入滤液，所以过程③主要是除去滤液A中的Cu2＋，离子反应方程式为MnS＋Cu2＋===Mn2＋＋CuS。

（3）根据过程④中参与反应的物质可知J为CO2气体，结合前后物质分析可知发生反应的离子方程式为Mn2＋＋2HCO

===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O。

（4）MnCO3在空气中加热分解为MnO，并被部分氧化为MnO2,460.0gMnCO3为4.0mol，完全分解可产生4.0molMnO，设其中有xmol被氧化为MnO2，则有87x＋71×（4.0－x）＝332.0，x＝3。

产品中MnO2的质量分数为

×100%＝78.6%。

Ⅱ.

（1）酸越弱，对应酸根离子结合H＋能力越强，由表中数据可知结合H＋能力最强的为CO

。

（2）同理，在阳离子相同的前提下，盐溶液的pH越低，对应酸的酸性越强，D项符合题意。

3．轻质碳酸钙是一种广泛应用于塑料、橡胶、涂料、食品、医药、饲料等行业的重要无机填料。

以磷石膏钙渣为原料制取高品质轻质碳酸钙的工艺流程如下：

已知所用磷石膏钙渣的主要成分及含量如下表所示。

CaO

P2O5

SO3

Fe2O3

TiO2

SiO2

烧失量

47.70%

1.60%

1.77%

0.041%

0.0027%

9.85%

37.69%

请回答下列问题：

（1）对磷石膏钙渣进行酸溶的目的是获得粗制CaCl2溶液，为了提高溶出率，可以采取的措施有__________________________（回答两条即可）。

（2）精制是向粗制CaCl2溶液中通入氨气，控制溶液的pH，主要除去________等阳离子，同时也除去其他一些杂质。

（3）碳化时将精制CaCl2溶液稀释至一定体积，控制反应温度以及NH3和CO2的通入量，此过程发生反应的化学方程式为_________________________________________________________。

（4）检验沉淀洗涤干净的实验操作为________________________

__________________________________________________________。

（5）为了探究酸溶的工艺条件，称取6份各50g磷石膏钙渣，分别用不同浓度的盐酸进行溶解，反应时间为30min，测出滤液中钙溶出率的结果如图所示，从生产成本上考虑，盐酸最适宜的浓度为________。

（6）把CaCO3浊液滴入1.0mol·L－1的Na2SO3溶液中，能否产生CaSO3沉淀？

若不能，说明原因；若能，请简述判断依据及转化过程。

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

[已知：

Ksp（CaSO3）＝1.4×10－7，Ksp（CaCO3）＝2.8×10－9]

答案　

（1）粉碎磷石膏钙渣，增大盐酸浓度，升高温度，延长酸溶时间等（任写两条）

（2）Fe3＋

（3）CaCl2＋2NH3＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2NH4Cl

（4）向洗涤液中加入HNO3酸化的AgNO3溶液，若没有白色沉淀产生，则沉淀洗涤干净

（5）4.0mol·L－1

（6）能。

判断依据：

由Ksp（CaSO3）/Ksp（CaCO3）＝50知，当CaSO3与CaCO3的混合液中c（SO

）＞50c（CO

）时，即发生由CaCO3向CaSO3的转化。

转化过程：

把CaCO3浊液滴入1.0mol·L－1的Na2SO3溶液中时，溶液中的c（Ca2＋）与c（SO

）之积大于Ksp（CaSO3），生成CaSO3沉淀，导致溶液中c（Ca2＋）减小，使CaCO3的沉淀溶解平衡CaCO3（s）Ca2＋（aq）＋CO

（aq）向溶解的方向移动，导致CaCO3溶解

解析　

（1）为了提高溶出率，可以采取的措施有粉碎磷石膏钙渣，增大盐酸浓度，升高温度和延长酸溶时间等。

（2）根据题给表格可知，通入氨气，控制溶液的pH，主要除去Fe3＋等阳离子。

（3）碳化过程发生反应的化学方程式为CaCl2＋2NH3＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2NH4Cl。

（4）检验沉淀洗涤干净的实验操作为：

向洗涤液中加入HNO3酸化的AgNO3溶液，若没有白色沉淀产生，则沉淀洗涤干净。

（5）根据图示，盐酸的浓度为4.0mol·L－1时滤液中钙溶出率已经较大，再增大盐酸浓度，钙溶出率增加缓慢，成本上不划算。

4．钨是我国的丰产元素，是熔点最高的金属，广泛用于拉制灯泡的灯丝，钨在自然界主要以钨（W）酸盐的形式存在。

有开采价值的钨矿石之一白钨矿的主要成分是CaWO4，含有二氧化硅、氧化铁等杂质，工业冶炼钨的流程如下：

已知：

①钨酸酸性很弱，难溶于水

②离子完全沉淀的pH：

SiO

为8，WO

为5

③碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨

（1）74W在元素周期表中的位置是第________周期。

（2）CaWO4与纯碱发生的化学反应方程式是

______________________________________________。

（3）滤渣B的主要成分是________________（写化学式）。

调节pH可选用的试剂是________（填字母序号）。

A．氨水B．氢氧化钠溶液

C．盐酸D．碳酸钠溶液

（4）母液中加入盐酸的离子方程式为

________________________________________________。

检验沉淀C是否洗涤干净的操作是

________________________________________________。

（5）为了获得可以拉制灯丝的高纯度金属钨，不宜用碳而必须用氢气作还原剂的原因是

_________________________________________________________。

（6）将氢氧化钙加入钨酸钠碱性溶液中可得到钨酸钙，已知温度为T时Ksp（CaWO4）＝1×10－10，Ksp[Ca（OH）2]＝4×10－7，当溶液中WO

恰好沉淀完全（离子浓度等于10－5mol/L）时，溶液中

＝________。

答案　

（1）六　

（2）CaWO4＋Na2CO3

Na2WO4＋CaO＋CO2↑

（3）H2SiO3　C

（4）WO

＋2H＋===H2WO4↓　取最后一次的洗涤液少量于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴加1～2滴AgNO3溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净，若出现白色沉淀则表明沉淀未洗涤干净

（5）如果用碳作还原剂，混杂在金属中的碳不易除去，而且碳会在高温下和金属钨反应形成碳化钨，不容易获得纯的金属钨，用氢气作还原剂可避免产生以上问题

（6）5×10－5

解析　

（1）钨的核外电子依次是2,8,18,32,8,6，所以钨是第六周期元素。

（2）由于Na2WO4是易溶性盐、CaCO3高温下会分解，所以高温反应生成Na2WO4、CaO、CO2。

（3）Na2CO3能与SiO2反应生成可溶性的Na2SiO3，所以滤渣A的主要成分是Fe2O3，调节pH可将SiO

转化为H2SiO3（滤渣B）；因生成的CaO与水反应生成Ca（OH）2，使得溶液呈较强的碱性，所以必须使用酸来调节pH。

（4）母液中加入盐酸是将WO

转化为H2WO4沉淀；若沉淀未洗净则洗涤液中含有Cl－，所以取最后一次洗涤液并用硝酸酸化的AgNO3溶液来检验即可。

（5）过量的碳混在固体中不易除去，且碳易与生成的钨反应又引入新的杂质，而H2是气体，且生成物H2O可蒸发除去。

（6）Ca（OH）2＋WO

CaWO4＋2OH－，该反应的平衡常数K＝

＝

，即

＝

，解得c（OH－）＝0.2mol/L，所以

＝5×10－5。

5．金属钛的密度小，强度大，外观像钢，性质像铝，被誉为太空金属和未来钢铁。

以钛铁矿（主要成分为FeTiO3，同时含有少量的Fe2O3、FeO等）为原料制TiO2，再由TiO2制金属Ti的工艺流程如下：

（1）在溶液中加入铁屑发生的主要离子方程式为______________________________________。

（2）晶体A为________，浊液需要冷却的原因为________________________________。

（3）TiOSO4水解方程式为TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4，根据平衡移动原理，可采用____________________、____________________等措施，以利于该反应顺利进行。

（4）TiO2可与焦炭、氯气在1000～1100K温度下反应，该反应氧化剂与还原剂的物质的量相等，则反应的化学方程式为__________________________________________。

（5）工业上常用金属镁在1070K的高温和氩气氛围中还原TiCl4的方法制备Ti，需要在氩气氛围中进行的理由为

__________________________________________________________。

答案　

（1）2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋

（2）FeSO4·7H2O（或FeSO4）　降低温度可减小FeSO4的溶解度，便于结晶析出，方便分离出硫酸氧钛溶液

（3）加水　加碱（加热）

（4）TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO

（5）防止镁、钛在高温下与空气中的氧气、二氧化碳等反应

解析　

（1）溶液中的Fe3＋能与Fe反应：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。

（2）根据质量守恒可知晶体A是FeSO4·7H2O；由于FeSO4是易溶性物质，所以降温的目的是使FeSO4以晶体的形式析出而被除去。

（3）正反应生成了H2SO4，所以可以采取加入碱消耗H＋的方法，水解需要吸热，所以提高温度也可以使平衡正向移动，由于生成的H2TiO3是沉淀，所以加水稀释也可以促进水解。

（4）该反应的氧化剂是Cl2，还原剂是C，由于氧化剂和还原剂的物质的量相等，所以生成的氧化产物是CO，发生的反应为TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO。

（5）Mg和Ti都易与空气中的CO2和H2O反应，所以用氩气作为保护气。