热点专项练14 化工流程中生产条件的控制及Ksp的应用非选择题:本题共3小题。1.(2021山东淄博三模)利用某冶金行业产生的钒炉渣(主要含V2O3及少量SiO2、P2O5等杂质)可以制备氧钒碱式碳酸铵晶体[(NH4)5(VO)6(CO3)4(OH)9·10H2O],其生产流程如图:已知:V2O5微溶于水,可溶于碱生成V。向Na3VO4溶液中加酸,不同pH对应的主要存在形式如表:pH≥1310.6~12约8.43~8约2<1存在形式VV2V3V10V2O5V回答下列问题:(1)“焙烧”后V元素转化为NaVO3,该反应的化学方程式为 。 (2)欲除去磷元素[使c平(P)≤1.0×10-6mol·L-1],则应控制溶液中Mg2+浓度至少为 mol·L-1{已知Ksp[Mg3(PO4)2]=1.0×10-24(mol·L-1)5};此时Si元素转化为 (写化学式)。 (3)“沉钒”的作用为 ;“沉钒”需要控制pH约为 。 (4)“还原”过程中,生成VOSO4和一种常温下无色无味的气体化合物,该反应的离子方程式为 ;用浓盐酸与V2O5反应也可以制得VO2+,该方法的缺点是 。 2.(2021湖南考前押题)锑(Sb)是第5周期ⅤA族元素,三氧化二锑是一种两性氧化物,俗称锑白,不溶于水,可用作白色颜料、油漆和塑料阻燃剂。以脆硫铅锑矿(主要成分为Pb4FeSb6S14)为原料制备锑白的工艺流程如图所示。已知常温下,溶液中金属阳离子开始沉淀、完全沉淀的pH如表所示:金属离子Pb2+Sb3+Fe2+Fe3+开始沉淀时的pH7.040.537.01.9完全沉淀时的pH9.042.059.03.2回答下列问题:(1)Pb4FeSb6S14中各元素的化合价均为整数,已知铅元素为+2价,则铁元素的化合价\n为 ;X的成分是 。 (2)氧化过程中,反应后锑为最高价态,则参加反应的n(Pb4FeSb6S14)∶n(Cl2)= ;还原过程中发生多个反应,其中之一是Fe3+被还原为Fe2+,将Fe3+还原为Fe2+的目的是 。 (3)常温下,Fe(OH)2的Ksp为 (当溶液中某离子浓度c≤1×10-5mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。 (4)水解过程中加入热水的原因是 ;写出生成Sb(OH)2Cl的离子方程式: 。 (5)写出加入氨水后SbOCl发生反应的化学方程式: 。 3.(2021湖南适应性考试)以镁铝复合氧化物(MgO-Al2O3)为载体的负载型镍铜双金属催化剂(Ni-Cu/MgO-Al2O3)是一种新型高效加氢或脱氢催化剂,其制备流程如下:已知:常温下,Ksp[Cu(OH)2]=2.21×10-20(mol·L-1)3,Ksp[Al(OH)3]=1.30×10-33(mol·L-1)4。回答下列问题:(1)在加热条件下,尿素[CO(NH2)2]在水中发生水解反应,放出 和 两种气体(写化学式)。 (2)“晶化”过程中,需保持恒温60℃,可采用的加热方式为 。 (3)“洗涤”过程中,检验滤饼是否洗净的方法是 。 (4)常温下,若“悬浊液”中=1.7×109,则溶液的pH= 。 (5)“还原”过程中所发生反应的化学方程式为 。 (6)NiSO4在强碱溶液中被NaClO氧化可得NiOOH,该物质能用作碱性镍镉电池的正极材料。其电池总反应为Cd(s)+2NiOOH(s)+2H2O(l)Cd(OH)2(s)+2Ni(OH)2(s)。①放电一段时间后,溶液的pH将 (填“增大”“减小”或“不变”)。 ②充电时,阳极发生的电极反应为 。 参考答案热点专项练14 化工流程中生产\n条件的控制及Ksp的应用1.答案(1)V2O3+O2+Na2CO32NaVO3+CO2 (2)1×10-4MgSiO3 (3)分离除去Na+,使产品更纯净 2 (4)2V+HCOOH+2H+2VO2++CO2↑+2H2O 生成有毒气体氯气解析钒炉渣(主要含V2O3,还有少量SiO2、P2O5等杂质)与Na2CO3在空气中焙烧得到NaVO3、Na2SiO3、Na3PO4,水浸,加入硫酸镁得到MgSiO3、Mg3(PO4)2沉淀,过滤后滤液沉钒得到V2O5,再加入稀硫酸溶解得到V,酸性条件下加入甲酸还原得到VO2+,再加入碳酸氢铵,得到氧钒碱式碳酸铵晶体。(1)“焙烧”后V元素转化为NaVO3,说明V2O3在焙烧过程中被氧化,根据电子守恒可知V2O3和O2的系数比为1∶1,再结合元素守恒可得化学方程式为V2O3+O2+Na2CO32NaVO3+CO2。(2)当溶液中c平(P)≤1.0×10-6mol·L-1时,c平(Mg2+)≥mol·L-1=1×10-4mol·L-1;此时Si元素转化为MgSiO3沉淀。(3)沉钒前的溶液中含有大量Na+,沉钒可以分离除去Na+,使产品更纯净;根据题目所给信息可知沉钒时需要将V元素转化为微溶于水的V2O5,所以控制pH约为2。(4)还原过程中还原剂为HCOOH,所以生成的无色无味的气体化合物应为CO2,根据电子守恒和元素守恒可得离子方程式为2VO+HCOOH+2H+2VO2++CO2↑+2H2O;浓盐酸中Cl-会被V2O5氧化为有毒气体氯气。2.答案(1)+2价 S (2)2∶41 避免Fe3+与Sb3+一起形成沉淀(3)1×10-15(mol·L-1)3 (4)稀释、加热均可促进Sb3+的水解 Sb3++2H2O+Cl-Sb(OH)2Cl↓+2H+ (5)2SbOCl+2NH3·H2OSb2O3+2NH4Cl+H2O解析以脆硫铅锑矿粉(主要成分为Pb4FeSb6S14)为原料,加入水,通入氯气氧化得到浸出液和含硫、PbCl2的滤渣,浸出液的溶质主要是SbCl5、FeCl3;再加锑粉发生还原反应将Sb5+还原为Sb3+,同时将Fe3+还原为Fe2+避免Fe3+与Sb3+一起沉淀,然后加入热水水解,并过滤得到FeCl2等溶液和含锑沉淀,然后加入氨水,过滤后再经过洗涤干燥得到锑白。(1)锑是ⅤA族元素,其主要化合价为+3价、+5价,硫元素为-2价,铅元素为+2价,由化合物中各元素化合价代数和等于0,可求出铁为+2价;根据流程图中各操作过程中涉及物质可知X是单质硫。(2)氧化过程中,1molCl2可得到2mol电子,矿石中Fe2+转化为Fe3+、Sb3+转化为\nSb5+、S2-转化为S,则1molPb4FeSb6S14失去的电子为(1×1+6×2+14×2)mol=41mol,由得失电子守恒得n(Pb4FeSb6S14)∶n(Cl2)=2∶41;由表中各离子开始沉淀时和完全沉淀时的pH可知,Sb3+完全沉淀时,Fe3+也有部分沉淀,但Fe2+尚未开始形成沉淀,故将Fe3+还原为Fe2+的目的是避免Fe3+与Sb3+一起形成沉淀。(3)当溶液中c平(Fe2+)=1×10-5mol·L-1时,可认为Fe2+沉淀完全,此时溶液的pH=9.0,c平(OH-)=1×10-5mol·L-1,Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)·c2(OH-)=1×10-5×(1×10-5)2(mol·L-1)3=1×10-15(mol·L-1)3。(4)Sb3+通过水解得到相应的沉淀,稀释、加热均可促进水解;生成Sb(OH)2Cl的离子方程式为Sb3++2H2O+Cl-Sb(OH)2Cl↓+2H+。(5)由流程图中信息可知,SbOCl与氨水反应的产物之一是Sb2O3,则发生反应的化学方程式为2SbOCl+2NH3·H2OSb2O3+2NH4Cl+H2O。3.答案(1)NH3 CO2 (2)水浴加热 (3)取少量最后一次洗涤液放入试管,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡溶液,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净 (4)10 (5)NiO+H2Ni+H2O、CuO+H2Cu+H2O (6)①增大 ②Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O解析将MgSO4、Al2(SO4)3、NiSO4、CuSO4混合溶液在90℃下加入尿素发生反应生成Mg(OH)2、Al(OH)3、Cu(OH)2、Ni(OH)2悬浊液,在60℃晶化过滤,得到滤饼,洗涤、干燥,焙烧得到MgO、CuO、NiO、Al2O3,在550℃温度下用氢气还原得到产品。(1)根据题意,尿素[CO(NH2)2]在加热条件下与水发生水解反应即CO(NH2)2+H2OCO2↑+2NH3↑,因此放出NH3和CO2两种气体。(2)“晶化”过程中,需保持恒温60℃,温度在100℃以下,因此采用的加热方式为水浴加热。(3)“洗涤”过程中,检验滤饼是否洗净,主要检验洗涤液中是否还含有S,因此常用的方法是取少量最后一次洗涤液放入试管,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡溶液,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净。(4)常温下,若“悬浊液”中=1.7×109,则c平(OH-)=1×10-4mol·L-1,c平(H+)=mol·L-1=1×10-10mol·L-1,则溶液的pH=10。(5)“还原”过程最终得到Ni-Cu/MgO-Al2O3,说明是NiO、CuO与氢气发生还原反应,因此所发生反应的化学方程式为NiO+H2Ni+H2O、CuO+H2Cu+H2O。(6)①放电时,负极反应为Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2,正极反应为\n2NiOOH+2e-+2H2O2Ni(OH)2+2OH-,正极生成的OH-的物质的量与负极消耗的OH-的物质的量相等,但是消耗了电解质溶液中的水,使碱性增强,因此溶液的pH将增大。②放电时正极反应:NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-,则充电时,阳极发生的电极反应为Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O。
