题型十 工艺流程题1.(2022北京理综,26)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:已知:磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。溶解度:Ca5(PO4)3(OH)<CaSO4·0.5H2O(1)上述流程中能加快反应速率的措施有 。 (2)磷精矿粉酸浸时发生反应:2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO410CaSO4·0.5H2O+6H3PO4①该反应体现出酸性关系:H3PO4 H2SO4(填“>”或“<”)。 ②结合元素周期律解释①中结论:P和S电子层数相同, 。 (3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。写出生成HF的化学方程式: 。 (4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间、不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80℃后脱除率变化的原因是 。 (5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42-残留,原因是 ;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是 。 (6)取ag所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用bmol·L-1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液cmL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是 。(已知:H3PO4的摩尔质量为98g·mol-1) 答案(1)研磨、加热(2)< 核电荷数P<S,原子半径P>S,得电子能力P<S,非金属性P<S,所以酸性H3PO4<H2SO4(3)2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF↑(4)80℃后,H2O2因温度升高分解,浓度降低,反应速率减小,脱除率下降8\n(5)CaSO4微溶于水,存在溶解平衡CaSO4(s)Ca2+(aq)+SO42-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)BaSO4(s)+CO32-(aq)(6)4.9bca%解析(1)由流程所给条件可知,研磨成粉可以增大反应物的接触面积,加快反应速率;加热可以提高反应温度,加快反应速率。(2)由强酸制弱酸的反应原理可知,硫酸的酸性强于磷酸;硫元素和磷元素都为第三周期元素,同周期元素从左到右,原子半径依次减小,非金属性依次增强,最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强。(3)Ca5(PO4)3F在酸浸过程中发生反应的化学方程式为2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF↑。(4)其他条件相同时,80℃后,H2O2因温度升高发生分解,浓度降低,所以脱除率下降。(5)由于硫酸钙微溶于水,而碳酸钙难溶于水,所以碳酸钙过量依然有部分硫酸根不能转化为沉淀除去;加入碳酸钡,硫酸根会转化为难溶的硫酸钡除去。(6)由方程式可得转化关系H3PO4~2NaOH~Na2HPO4,反应的氢氧化钠物质的量为b×c×10-3mol,则磷酸的物质的量为b×c×5×10-4mol,则磷酸的质量分数为b×c×5×10-4×98gag×100%=4.9bca%。2.研究发现:一节电池烂在地里,能够使一平方米的土地失去利用价值。废旧电池的危害主要集中在其中所含的少量重金属上。将废旧锌锰电池回收处理,既能减少它对环境的污染,又能实现废电池的资源化利用。(1)回收填料中的二氧化锰和氯化铵。已知:废旧干电池填料的主要成分为二氧化锰、炭粉、氯化铵和氯化锌等,其中氯化铵、氯化锌可溶于水。回收物质的流程如图所示。①操作中先将电池填料研碎的目的是 。 ②操作1和操作2的名称都是 ,该操作中玻璃棒的作用是 。 ③灼烧滤渣1的目的是 。 (2)回收二氯化锰:将废旧锌锰电池处理,得到含锰混合物,向该混合物加入浓盐酸并加热。①写出MnO(OH)与浓盐酸反应的化学方程式: 。 ②锰回收新方法:向废旧锌锰电池内的混合物中加入一定量的稀硫酸和稀草酸(H2C2O4),并不断搅拌至无CO2产生为止,写出MnO(OH)参与反应的化学方程式: 。与使用浓盐酸回收锰相比,新方法的优点是 (答1点即可)。 8\n(3)废电池的锌皮可用于回收制作ZnSO4·7H2O。过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:常温下,加入稀硫酸和H2O2,铁溶解变为Fe3+,加碱调节pH为4,使溶液中的Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,此时溶液中c(Fe3+)= mol·L-1。继续加碱调节pH为 时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1mol·L-1)。部分难溶电解质的溶度积常数(Ksp)如下表: 化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值10-1710-172.6×10-39答案(1)①增大接触面积,加快反应速率 ②过滤 引流③除去炭粉(2)①2MnO(OH)+6HCl(浓)2MnCl2+Cl2↑+4H2O②2MnO(OH)+H2C2O4+2H2SO42MnSO4+2CO2↑+4H2O 工艺流程简单;生成CO2和H2O不影响MnSO4的纯度;反应过程无有毒有害物质生成,不造成二次污染;废物资源化等(答1点即可)(3)2.6×10-9 6解析(1)废旧干电池填料的主要成分为二氧化锰、炭粉、氯化铵和氯化锌等,其中氯化铵、氯化锌可溶于水。炭粉和二氧化锰不溶于水。将电池填料溶解、过滤,滤渣1为炭粉和二氧化锰的混合物,经洗涤、烘干、灼烧,炭粉与氧气反应生成二氧化碳,剩余的固体为二氧化锰;滤液1为氯化铵和氯化锌的混合液,蒸发结晶、过滤得氯化铵晶体。①操作中先将电池填料研碎的目的是增大接触面积,加快反应速率。②操作1和操作2为分离固体和液体混合物的操作,名称是过滤,玻璃棒的作用是引流。③灼烧滤渣1的目的是除去炭粉。(2)①MnO(OH)与浓盐酸反应生成氯化锰、氯气和水,利用化合价升降法配平,该反应的化学方程式为2MnO(OH)+6HCl(浓)2MnCl2+Cl2↑+4H2O。②MnO(OH)与稀硫酸和稀草酸(H2C2O4)反应生成硫酸锰、二氧化碳和水,利用化合价升降法配平,该反应的化学方程式为2MnO(OH)+H2C2O4+2H2SO42MnSO4+2CO2↑+4H2O。与使用浓盐酸回收锰相比,新方法的优点是工艺流程简单;生成CO2和H2O不影响MnSO4纯度;反应过程无有毒有害物质生成,不造成二次污染;废物资源化等。(3)常温下,溶液的pH为4,c(OH-)=1×10-10mol·L-1,又Ksp=c(Fe3+)·c3(OH-)=2.6×10-39,此时溶液中c(Fe3+)=2.6×10-9mol·L-1。Ksp=c(Zn2+)·c2(OH-)=10-17,若Zn2+浓度为0.1mol·L-1,则c(OH-)=10-8mol·L-1,c(H+)=10-6mol·L-1,pH=6。3.镁被称为“国防金属”,镁及其合金用途很广,目前世界上60%的镁从海水中提取。从海水中提取镁的流程如下:请根据上述流程图和镁及化合物的性质回答下列问题:(1)用贝壳煅烧生石灰的化学方程式为 。 8\n(2)氢氧化镁溶于盐酸的离子方程式为 。 (3)简述由MgCl2·6H2O制无水MgCl2,加热时通HCl气体的主要原因是 。 (4)Mg(OH)2煅烧可得熔点很高的MgO,MgO的电子式为 。 (5)MgCl2和AlCl3的熔点均较低,而MgO和Al2O3的熔点都很高。为什么冶炼金属镁是电解MgCl2,而冶炼金属铝则电解Al2O3? 。 (6)某MgCl2溶液的浓度为0.01mol·L-1,在该溶液中滴加NaOH溶液至pH=10,此时溶液中的Mg2+是否沉淀完全? (填“是”或“否”),此时c(Mg2+)= 。[已知:Mg(OH)2的Ksp=1.8×10-11] 答案(1)CaCO3CaO+CO2↑(2)Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2O(3)抑制MgCl2水解(4)Mg2+[··O······]2-(5)MgO和MgCl2均为离子化合物,熔融时均能电解制镁,但MgO熔点很高,电解时能耗高,所以工业上是电解熔融MgCl2冶炼镁,而AlCl3是共价化合物,液态时难导电,所以工业上是电解熔融Al2O3冶炼铝(6)否 1.8×10-3mol·L-1解析(1)贝壳的主要成分是CaCO3,煅烧CaCO3生成CaO和CO2。(2)氢氧化镁属于碱,与盐酸发生复分解反应。(3)在HCl气体氛围中,可以防止Mg2+水解。(4)MgO是离子化合物,其电子式为Mg2+[··O······]2-。(5)MgO和MgCl2均为离子化合物,熔融时均能电解制镁,但MgO熔点很高,电解时能耗高,所以工业上是电解熔融MgCl2冶炼镁,而AlCl3是共价化合物,液态时难导电,所以工业上是电解熔融Al2O3冶炼铝。(6)溶液中c(OH-)=KWc(H+)=10-1410-10mol·L-1=1.0×10-4mol·L-1,此时的c(Mg2+)=Kspc2(OH-)=1.8×10-11(10-4)2mol·L-1=1.8×10-3mol·L-1>1.0×10-5mol·L-1,因此Mg2+没有完全沉淀。4.三盐(3PbO·PbSO4·H2O)可用作聚氯乙烯的热稳定剂,200℃以上开始失去结晶水,不溶于水及有机溶剂。以200t铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如图所示。已知:PbSO4和PbCO3的溶解度和溶度积Ksp如下表。化合物PbSO4PbCO38\n溶解度/g1.03×10-41.81×10-7Ksp1.82×10-81.46×10-13(1)步骤①转化的目的是 , 滤液1中的溶质为Na2CO3和 (填化学式)。 (2)步骤③酸溶时,为提高酸溶速率,可采取的措施是 (任写一条)。其中铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2和NO的离子方程式为 。 (3)滤液2中可循环利用的溶质的化学式为 。若步骤④沉铅后的滤液中c(Pb2+)=1.82×10-5mol·L-1,则此时c(SO42-)= mol·L-1。 (4)步骤⑦洗涤操作时,检验沉淀是否洗涤完全的方法是 。 (5)步骤⑥合成三盐的化学方程式为 ,若得到纯净干燥的三盐99.0t,假设铅泥中的铅元素有80%转化为三盐,则铅泥中铅元素的质量分数为 。 答案(1)将PbSO4转化为PbCO3,提高铅的利用率 Na2SO4(2)适当升温(或适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径等其他合理答案) 3Pb+8H++2NO3-3Pb2++2NO↑+4H2O(3)HNO3 1.00×10-3(4)取少量最后一次的洗涤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若不产生白色沉淀,则表明已洗涤完全(或其他合理答案)(5)4PbSO4+6NaOH3Na2SO4+3PbO·PbSO4·H2O+2H2O 51.75%解析(1)步骤①用纯碱溶液浸润铅泥,将PbSO4转化为PbCO3,提高铅的利用率,滤液1中的溶质为过量的Na2CO3和反应生成的Na2SO4。(2)步骤③酸溶时,可以通过适当升温、适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径来提高酸溶速率;铅与硝酸反应的离子方程式为3Pb+8H++2NO3-3Pb2++2NO↑+4H2O。(3)滤液2中可循环利用的溶质的化学式为HNO3;根据Ksp(PbSO4)=1.82×10-8=c(Pb2+)×c(SO42-),c(Pb2+)=1.82×10-5mol·L-1,则此时c(SO42-)=1.00×10-3mol·L-1。(4)该沉淀吸附的离子是硫酸根离子,用盐酸酸化的氯化钡检验,其检验方法为取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若不产生白色沉淀,则表明已洗涤完全。(5)步骤⑥合成三盐的化学方程式为4PbSO4+6NaOH3Na2SO4+3PbO·PbSO4·H2O+2H2O,若得到纯净干燥的三盐99.0t,则含有的铅元素质量为m(Pb)=99.0t×207×4990×100%=82.8t,则铅泥中铅元素的质量分数为82.8t80%×200t×100%=51.75%。5.硼氢化钠(NaBH4)具有优良的还原性,在有机化学和无机化学领域有着广泛的应用。利用硼精矿(主要成分为B2O3,含有少量Al2O3、SiO2、FeCl3等)制取NaBH4的流程如图1:8\n图1图2已知:偏硼酸钠(NaBO2)易溶于水,不溶于醇,在碱性条件下稳定存在。回答下列问题:(1)写出加快硼精矿溶解速率的措施 (写一种)。 (2)操作1为 ,滤渣主要成分为 。 (3)除硅、铝步骤加入CaO而不加入CaCl2的原因有:①能将硅、铝以沉淀除去;② 。 (4)氢化镁(MgH2)中H元素的化合价为 ;MgH2与NaBO2在一定条件下发生反应1,其化学方程式为 。 (5)如图2在碱性条件下,在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢化钠,写出阴极室的电极反应式 。 (6)硼氢化钠是一种强还原剂,碱性条件可处理电镀废液中的硫酸铜制得纳米铜,从而变废为宝,写出该反应的离子方程式: 。 答案(1)将硼精矿粉碎、搅拌、增大NaOH浓度、升温等(答1点即可)(2)过滤 Fe(OH)3(3)提供碱性溶液抑制NaBO2水解(4)-1价 2MgH2+NaBO2NaBH4+2MgO(5)BO2-+6H2O+8e-BH4-+8OH-(6)4Cu2++BH4-+8OH-4Cu+BO2-+6H2O解析(1)将硼精矿粉碎、搅拌、增大NaOH浓度、升温等都可以加快硼精矿溶解速率。(2)根据以上分析,操作1为过滤,滤渣主要成分为Fe(OH)3。(3)已知NaBO2易溶于水,在碱性条件下稳定存在,所以除硅、铝步骤加入CaO而不加入CaCl2的原因有:①能将硅、铝以沉淀除去;②提供碱性溶液抑制NaBO2水解。(4)根据化合价代数和为0,则氢化镁(MgH2)中H元素的化合价为-1价;MgH2与NaBO2在一定条件下发生反应生成NaBH4和MgO,则化学方程式为2MgH2+NaBO2NaBH4+2MgO。(5)在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢化钠,则阴极室BO2-得电子发生还原反应生成BH4-,则电极反应式为BO2-+6H2O+8e-BH4-+8OH-。(6)硼氢化钠是一种强还原剂,碱性条件可处理电镀废液中的硫酸铜制得纳米铜,则反应的离子方程式为4Cu2++BH4-+8OH-4Cu+BO2-+6H2O。8\n6.下图是工业上以天然气、空气为原料合成氨的一种工艺流程: (1)脱硫反应第一步是利用Fe(OH)3除去H2S,该反应的化学方程式是 。 (2)脱硫反应第二步是利用空气氧化回收硫,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 ,下列试剂中也适宜作此反应的氧化剂的是 (填选项)。 A.Cl2B.H2O2C.KMnO4D.O3(3)流程中Fe(OH)3和K2CO3可循环利用,你认为流程中还可循环利用的物质有 。 (4)合成氨反应的原料气中V(N2)∶V(H2)=1∶3。平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系如下图所示:平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系则A、B、C三点对应的化学平衡常数KA、KB、KC的关系是 (用“>”“<”或“=”表示);A点H2的平衡转化率为 。 答案(1)3H2S+2Fe(OH)3Fe2S3+6H2O(2)3∶2 BD(3)N2和H2(4)KA>KB=KC 66.7%解析(1)由流程可知,利用Fe(OH)3与H2S反应生成硫化铁和水从而除去H2S,反应的化学方程式为3H2S+2Fe(OH)3Fe2S3+6H2O。(2)由流程得知利用空气中的氧气氧化硫化铁生成硫单质,氧气得4e-,硫化铁失2×3e-,根据电子守恒,氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶2;氯气有毒,高锰酸钾会引入新杂质,故选BD。(3)因为合成氨是可逆反应,不能完全转化,因此N2和H2也需要循环利用。(4)因为平衡常数只随温度变化,由图像变化趋势可知随温度升高,氨气含量减小,说明平衡逆向移动,所以温度越高平衡常数越小,又A、B、C三点温度为B=C>A,所以A、B、C三点对应的化学平衡常数KA、KB、KC的关系是KA>KB=KC;V(N2)∶V(H2)=1∶3,又A点氨气平衡含量为50%,所以设氮气转化的物质的量为xmol,则 N2+3H22NH3开始/mol1308\n转化/molx3x2x平衡/mol1-x3-3x2x则2x1-x+3-3x+2x×100%=50%,解得x=23,所以H2的转化率=23×100%≈66.7%。8
