专题工艺流程题(2015-2017).doc
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高三化学工艺流程专题
1.【2017新课标1卷】(14分)
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)“酸浸”后,钛主要以形式存在,写出相应反应的离子方程式__________________。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min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__________________。
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为__________________。
(5)若“滤液②”中,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使恰好沉淀完全即溶液中,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。
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式。
2.【2017新课标3卷】(15分)
重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。
制备流程如图所示:
回答下列问题:
(1)步骤①的主要反应为:
FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为_______。
该步骤不能使用陶瓷容器,原因是_____。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是_______,滤渣2的主要成分是__________及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变____________(填“大”或“小”),原因是_____________(用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。
向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。
冷却到___________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a.80℃ b.60℃ c.40℃ d.10℃
步骤⑤的反应类型是___________________。
(5)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2kg,产率为_____________。
3.【2017北京卷】(13分)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物,制备纯TiCl4的流程示意图如下:
资料:
TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物
SiCl4
TiCl4
AlCl3
FeCl3
MgCl2
沸点/℃
58
136
181(升华)
316
1412
熔点/℃
−69
−25
193
304
714
在TiCl4中的溶解性
互溶
——
微溶
难溶
(1)氯化过程:
TiO2与Cl2难以直接反应,加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。
已知:
TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)ΔH1=+175.4kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)=2CO(g)ΔH2=-220.9kJ·mol-1
①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式:
_______________________。
②氯化过程中CO和CO2可以相互转化,根据如图判断:
CO2生成CO反应的ΔH_____0(填“>”“<”或“=”),判断依据:
_______________。
③氯化反应的尾气须处理后排放,尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液,则尾气的吸收液依次是__________________________。
④氯化产物冷却至室温,经过滤得到粗TiCl4混合液,则滤渣中含有_____________。
(2)精制过程:
粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。
示意图如下:
物质a是______________,T2应控制在_________。
4.【2017江苏卷】(12分)铝是应用广泛的金属。
以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:
注:
SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_____________________。
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH_________(填“增大”、“不变”或“减小”)。
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是___________。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。
阳极的电极反应式为_____________________,阴极产生的物质A的化学式为____________。
(5)铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。
在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是_____________________。
5.【2017江苏卷】(15分)某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低,对实验的影响可忽略)。
已知:
①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解,如:
3NaClO2NaCl+NaClO3
②AgCl可溶于氨水:
AgCl+2NH3·H2OAg(NH3)2++Cl−+2H2O
③常温时N2H4·H2O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH3)2+:
4Ag(NH3)2++N2H4·H2O4Ag↓+N2↑+4NH4++4NH3↑+H2O
(1)“氧化”阶段需在80℃条件下进行,适宜的加热方式为__________________。
(2)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2,该反应的化学方程式为________________。
HNO3也能氧化Ag,从反应产物的角度分析,以HNO3代替NaClO的缺点是____________________。
(3)为提高Ag的回收率,需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤,并_______________________。
(4)若省略“过滤Ⅰ”,直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水,则需要增加氨水的用量,除因过量NaClO与NH3·H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应),还因为_____________________。
(5)请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案:
________________________(实验中须使用的试剂有:
2mol·L−1水合肼溶液,1mol·L−1H2SO4)。
6.【2016新课标1卷】NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下:
回答下列问题:
(1)NaClO2中Cl的化合价为_______。
(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_______。
(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为________、________。
“电解”中阴极反应的主要产物是______。
(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。
此吸收反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为________,该反应中氧化产物是_________。
(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是:
每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。
NaClO2的有效氯含量为____。
(计算结果保留两位小数)
7.【2016新课标3卷】以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。
从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。
废钒催化剂的主要成分为:
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2~2.9
2.8~3.1
22~28
60~65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
回答下列问题:
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+,反应的离子方程式为___________,同时V2O4转成VO2+。
“废渣1”的主要成分是__________________。
(2)“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为______mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中。
“废渣2”中含有_______。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:
4ROH+V4O124−R4V4O12+4OH−(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。
为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈_____性(填“酸”、“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式____________。
8.【2016北京卷】以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO,实现铅的再生利用。
其工作流程如下:
(1)过程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是__________。
(2)过程Ⅰ中,Fe2+催化过程可表示为:
i:
2Fe2++PbO2+4H++SO42−=2Fe3++PbSO4+2H2O
ii:
……
①写出ii的离子方程式:
________________。
②下列实验方案可证实上述催化过程。
将实验方案补充完整。
a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液几乎无色,再加入少量PbO2,溶液变红。
b.______________。
(3)PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡:
PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2(aq),其溶解度曲线如图所示。
①过程Ⅱ的目的是脱硫。
滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用,其目的是____(选填序号)。
A.减少PbO的损失,提高产品的产率
B.重复利用氢氧化钠,提高原料的利用率
C.增加Na2SO4浓度,提高脱硫效率
②过滤Ⅲ的目的是提纯,综合上述溶解度曲线,简述过程Ⅲ的操作___________。
9.【2016海南卷】KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。
实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。
回答下列问题:
(1)为尽量少引入杂质,试剂①应选用___(填标号)。
a.HCl溶液b.H2SO4溶液c.氨水d.NaOH溶液
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为________。
(3)沉淀B的化学式为___;将少量明矾溶于水,溶液呈弱酸性,其原因是_____。
(4)已知:
Kw=1.0×10-14,Al(OH)3AlO2-+H++H2OK=2.0×10-13。
Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于_________。
10.【2016江苏卷】以电石渣为原料制备KClO3的流程如下:
(1)氯化过程控制电石渣过量,在75℃左右进行。
氯化时存在Cl2与Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应,Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2,少量Ca(ClO)2分解为CaCl2和O2。
①生成Ca(ClO)2的化学方程式为。
②提高Cl2转化为Ca(ClO3)2的转化率的可行措施有(填序号)。
A.适当减缓通入Cl2速率
B.充分搅拌浆料
C.加水使Ca(OH)2完全溶解
(2)氯化过程中Cl2转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为
6Ca(OH)2+6Cl2=Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O
氯化完成后过滤。
①滤渣的主要成分为(填化学式)。
②滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之比n∶n1∶5(填“>”、“<”或“=”)。
(3)向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca(ClO3)2转化为KClO3,若溶液中KClO3的含量为100g▪L-1,从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是。
11.【2016江苏卷】实验室以一种工业废渣(主要成分为MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物)为原料制备MgCO3·3H2O。
实验过程如下:
(1)酸溶过程中主要反应的热化学方程式为
MgCO3(s)+2H+(aq)===Mg2+(aq)+CO2(g)+H2O(l)ΔH=-50.4kJ·mol–1
Mg2SiO4(s)+4H+(aq)===2Mg2+(aq)+H2SiO3(s)+H2O(l)ΔH=-225.4kJ·mol–1
酸溶需加热的目的是______;所加H2SO4不宜过量太多的原因是_______。
(2)加入H2O2氧化时发生发应的离子方程式为___________。
(3)用下图所示的实验装置进行萃取分液,以除去溶液中的Fe3+。
①实验装置图中仪器A的名称为_______。
②为使Fe3+尽可能多地从水相转移至有机相,采取的操作:
向装有水溶液的仪器A中加入一定量的有机萃取剂,______、静置、分液,并重复多次。
(4)请补充完整由萃取后得到的水溶液制备MgCO3·3H2O的实验方案:
边搅拌边向溶液中滴加氨水,______,过滤、用水洗涤固体2~3次,在50℃下干燥,得到MgCO3·3H2O。
。
12.【2016四川卷】资源的高效利用对保护环境、促进经济持续健康发展具有重要作用。
磷尾矿主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3·MgCO3。
某研究小组提出了磷尾矿综合利用的研究方案,制备具有重要工业用途的CaCO3、Mg(OH)2、P4和H2,其简化流程如下:
已知:
①Ca5(PO4)3F在950℃不分解;
②4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4
请回答下列问题:
(1)950℃煅烧磷尾矿生成气体的主要成分是___________。
(2)实验室过滤所需的玻璃仪器是_____________。
(3)NH4NO3溶液能从磷矿Ⅰ中浸取出Ca2+的原因是__________。
(4)在浸取液Ⅱ中通入NH3,发生反应的化学方程式是____________。
(5)工业上常用磷精矿和硫酸反应制备磷酸。
已知25℃,101kPa时:
CaO(s)+H2SO4(l)=CaSO4(s)+H2O(l)ΔH=-271kJ/mol
5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)=Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l)ΔH=-937kJ/mol
则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是_________________。
(6)在一定条件下CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),当CO与H2O(g)的起始物质的量之比为1:
5,达平衡时,CO转化了。
若akg含Ca5(PO4)3F(相对分子质量为504)的质量分数为10%的磷尾矿,在上述过程中有b%的Ca5(PO4)3F转化为P4,将产生的CO与H2O(g)按起始物质的量之比1:
3混合,则相同条件下达平衡时能产生H2________kg。
13.【2015安徽卷】(14分)硼氢化钠(NaBH4)在化工等领域具有重要的应用价值,某研究小组采用偏硼酸钠NaBO2为主要原料制备NaBH4,其流程如下:
已知:
NaBH4常温下能与水反应,可溶于异丙酸(沸点:
13℃)。
(1)在第①步反应加料之前,需要将反应器加热至100℃以上并通入氩气,该操作的目的是_____,原料中的金属钠通常保存在____中,实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有_____,_____,玻璃片和小刀等。
(2)请配平第①步反应的化学方程式:
□NaBO2+□SiO2+□Na+□H2==□NaBH4+□Na2SiO3
(3)第②步分离采用的方法是______;第③步分离(NaBH4)并回收溶剂,采用的方法是______。
(4)NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g),在25℃,101KPa下,已知每消耗3.8克NaBH4(s)放热21.6KJ,该反应的热化学方程式是_______。
14.【2015新课标1卷】(14分)硼及其化合物在工业上有许多用途。
以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式_____________。
为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度浓度外,还可采取的措施有_________(写出两条)。
(2)利用的磁性,可将其从“浸渣”中分离。
“浸渣”中还剩余的物质是______(写化学式)。
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是_______。
然后再调节溶液的pH约为5,目的是________。
(4)“粗硼酸”中的主要杂质是(填名称)。
(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为_______。
(6)单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。
以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程___________。
15.【2015天津卷】(18分)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:
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ是将Cu转化为Cu(NH3)42+,反应中H2O2的作用是。
写出操作①的名称:
。
(2)反应II是铜氨溶液中的Cu(NH3)42+与有机物RH反应,写出该反应的离子方程式:
。
操作②用到的主要仪器名称为,其目的是(填序号)。
a.富集铜元素
b.使铜元素与水溶液中的物质分离
c.增加Cu2+在水中的溶解度
(3)反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成
CuSO4和。
若操作③使用下图装置,图中存
在的错误是。
(4)操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。
阴极析出铜,阳极产物是。
操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是。
(5)流程中有三次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。
16.【2015四川卷】(16分)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。
活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:
FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。
请回答下列问题:
(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是。
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择(填字母编号)。
A.KMnO4溶液B.K3溶液C.KSCN溶液
(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质除尽。
通入空气引起溶液pH降低的原因是。
(4)FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25℃,101kPa时:
4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)=-1648kJ/mol
C(s)+O2(g)=CO2(g)=-393kJ/mol
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s)=-1480kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是。
(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。
该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S,正极反应式是。
(6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%。
将akg质量分数为b%的硫酸加入到ckg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。
按上述流程,第Ⅲ步应加入FeCO3kg。
17.【2015山东卷】(19分)毒重石的主要成分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:
(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨,目的是。
实验室用37%的盐酸配置15%的盐酸,除量筒外还需使用下列仪器中的。
a.烧杯b.容量瓶c.玻璃棒d.滴定管
(2)
Ca2+
Mg2+
Fe3+
开始沉淀时的pH
11.9
9.1
1.9
完全沉淀时的pH
13.9
11.1
3.2
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
(3)利用简洁酸碱滴定法可测定Ba2+的含量,实验分两步进行。
已知:
2CrO42—+2H+=Cr2O72—+H20Ba2++CrO42—=BaCrO4↓
步骤I:
移取xml一定浓度的Na2CrO4溶液与锥形瓶中