2022屆高考化學(xué)人教版二輪專題復(fù)習(xí)訓(xùn)練-熱練(五)化工流程中反應(yīng)條件的控制與目的

熱練(五)化工流程中反應(yīng)條件的控制與目的1．(1)一種由菱鎂礦(主要成分MgCO3、CaCO3、FeCO3、SiO2)制備高純氫氧化鎂的工藝如圖：若要得到高純Mg(OH)2，需對“沉鎂”步驟所得的固體進(jìn)行洗滌，檢驗固體已洗凈的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)堿式氧化鎳(NiOOH)可用作鎳氫電池的正極材料。以含鎳(Ni2＋)廢液為原料生產(chǎn)NiOOH的一種工藝流程如圖：則加入Na2CO3溶液時，確認(rèn)Ni2＋已經(jīng)完全沉淀的實驗方法是___________________________________________________________________________________________________________。答案(1)取最后一次洗滌濾液，加入硝酸酸化的BaCl2溶液，若無白色沉淀生成，則已洗凈(其他合理答案也可)(2)靜置，在上層清液中繼續(xù)滴加1～2滴Na2CO3溶液，無沉淀生成解析(1)加入MgSO4使CaCl2轉(zhuǎn)化為CaSO4除去，再通入NH3，使Mg2＋形成沉淀，過濾即可得氫氧化鎂，濾液為NH4Cl和少量(NH4)2SO4溶液，可循環(huán)利用。(2)確認(rèn)Ni2＋已經(jīng)完全沉淀，即溶液中無Ni2＋的實驗方法是靜置，在上層清液中繼續(xù)滴加1～2滴Na2CO3溶液，無沉淀生成。2．以粉煤灰(主要成分為Al2O3、SiO2，還含少量Fe2O3等)為原料制取氧化鋁的部分工藝流程如圖：(1)“酸浸”過程發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式是________________________________?！八峤痹诤闳菝荛]反應(yīng)釜中進(jìn)行，溫度不宜過高的原因是_______________________。(2)“除鐵”生成Fe(OH)3的離子方程式為_______________________________________，檢驗溶液中鐵元素已經(jīng)除盡的方法是__________________________________________。(3)“結(jié)晶”是向濃溶液中通入HCl氣體，從而獲得AlCl3·6H2O晶體的過程，溶液中Al3＋和鹽酸的濃度隨通氣時間的變化如圖所示。Al3＋濃度減小的原因是______________________。(4)上述流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)是____________________________________。答案(1)Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O溫度太高，鹽酸大量揮發(fā)會引起容器內(nèi)壓強過大，導(dǎo)致反應(yīng)釜損壞(2)Fe3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Fe(OH)3↓＋3CO2↑靜置，取少量上層清液于試管中，滴入KSCN溶液，溶液不變紅色(3)鹽酸濃度增大，溶液中Cl－濃度增大，促進(jìn)Al3＋形成AlCl3·6H2O晶體析出(4)HCl(或鹽酸)解析粉煤灰加濃鹽酸酸浸，Al2O3和Fe2O3溶解、SiO2不溶，過濾得濾渣，主要成分是SiO2，向濾液中加入NH4HCO3，溶液中的Fe3＋與HCOeq\o\al(－,3)發(fā)生相互促進(jìn)的水解反應(yīng)使鐵元素沉淀，向濾液中通入HCl氣體，使Al3＋形成AlCl3·6H2O晶體析出，煅燒AlCl3·6H2O，由于HCl大量揮發(fā)，促進(jìn)了Al3＋水解，煅燒最終生成了Al2O3。(1)“酸浸”過程發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式是Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O；“酸浸”在恒容密閉反應(yīng)釜中進(jìn)行，溫度不宜過高，因為溫度太高，鹽酸大量揮發(fā)會引起容器內(nèi)壓強過大，導(dǎo)致反應(yīng)釜損壞。(2)“除鐵”生成Fe(OH)3的離子方程式為Fe3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Fe(OH)3↓＋3CO2↑；檢驗溶液中鐵元素已經(jīng)除盡的方法是靜置，取少量上層清液于試管中，滴入KSCN溶液，溶液不變紅色，說明鐵已除盡。(3)“結(jié)晶”是向濃溶液中通入HCl氣體，隨著氣體的通入，鹽酸濃度增大，溶液中Cl－濃度增大，平衡Al3＋＋3Cl－＋6H2OAlCl3·6H2O向正反應(yīng)方向移動，促進(jìn)Al3＋形成AlCl3·6H2O晶體析出。(4)題述流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)是HCl或鹽酸。3．(2020·開封高三三模)鈦酸錳(MnTiO3)納米材料是一種多用途催化劑。工業(yè)上用紅鈦錳礦(主要成分有MnTiO3，還含有少量FeO、Fe2O3、SiO2等雜質(zhì))來制備MnTiO3，其工藝流程如圖所示：已知：①紅鈦錳礦“酸溶”后Ti元素主要以TiO2＋的形式存在；②H2TiO3不溶于無機酸和堿，不溶于水；③在空氣中加熱無水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4?；卮鹣铝袉栴}：(1)“粉碎”的目的是__________________________________________________________。(2)“酸溶”中發(fā)生的主要反應(yīng)化學(xué)方程式為_______________________________。(3)為了更好地把濾渣2分離出來，除攪拌外，還需要________(填操作名稱)。(4)“氧化”的氧化劑選用的是高錳酸鉀，而不選擇通常人們認(rèn)可的綠色氧化劑“雙氧水”，除了高錳酸鉀氧化性強、反應(yīng)快之外，還可能的原因是__________________________(寫出一條即可)。(5)“沉錳”的條件一般控制在45℃以下的原因是_________________________________________________________________________________________________________________。(6)TiO2＋的水解率受溫度和H＋濃度的影響如圖所示，TiO2＋最適宜的水解條件是________________________________________________________________________。(7)測定所得MnCl2·xH2O晶體中結(jié)晶水的含量。取29.70g樣品加熱分解，熱重曲線(TG)如圖所示。所得氯化錳晶體x的值是________。答案(1)增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高浸取率(2)MnTiO3＋2H2SO4=MnSO4＋TiOSO4＋2H2O(3)加熱(4)根據(jù)反應(yīng)過程中顏色變化可以判斷Fe2＋是否氧化完全(或Fe2＋、Fe3＋存在時，加速H2O2分解，導(dǎo)致原料利用率太低，答案合理即可)(5)升溫可以加快反應(yīng)速度，但超過45℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45℃以下可以提高原料利用率(轉(zhuǎn)化率)(6)溫度105℃，H＋濃度0.90g·L－1(7)4解析(5)沉錳的反應(yīng)為MnSO4＋2NH4HCO3=(NH4)2SO4＋MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，“沉錳”的條件一般控制在45℃以下的原因是升溫可以加快反應(yīng)速度，但超過45℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45℃以下可以提高原料利用率(轉(zhuǎn)化率)。(7)由題中信息，在空氣中加熱無水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4。200℃時，失去全部結(jié)晶水，eq\f(18.90,126)∶eq\f(29.70－18.90,18)＝1∶x，x＝4，所得氯化錳晶體x的值是4。4．MnCl2·4H2O是玫瑰色易溶于水的晶體，主要用于醫(yī)藥合成及飼料輔助劑、分析試劑、染料和顏料制造，工業(yè)上用菱錳礦(主要成分為MnCO3，含有Fe2O3、FeCO3、Al2O3等雜質(zhì))為原料生產(chǎn)MnCl2的工藝流程如圖：下表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH氫氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2開始沉淀的pH2.16.53.78.8沉淀完全的pH3.39.74.710.8(1)為了提高錳元素的浸出率，在“酸浸”時可采取的措施有__________________(寫一條即可)。(2)加入H2O2時發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為____________________________________。(3)“調(diào)pH”時，控制溶液pH的范圍為_________________________________________。(4)碳酸錳已完全沉淀的簡單實驗方法是__________________________________________。(5)流程中由溶液得到MnCl2·4H2O的實驗操作步驟依次為______________、過濾、洗滌、干燥。=2Fe3＋＋2H2O(3)4.7≤pH<8.8(4)上層清液呈無色(5)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶解析根據(jù)流程可知，菱錳礦加鹽酸酸浸后的酸性溶液中主要含有H＋、Mn2＋、Fe2＋、Fe3＋、、Al3＋全部沉淀，濾渣為Fe(OH)3、Al(OH)3，濾液主要含有Mn2＋，加入Na2CO3溶液沉淀Mn2＋，將得到的MnCO3沉淀用鹽酸溶解得到二氧化碳和MnCl2溶液，將MnCl2溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到MnCl2·4H2O。(1)為了提高錳元素的浸出率，在“酸浸”時可采取的措施有將菱錳礦磨成粉末、攪拌、適當(dāng)升高溫度、提高溶液中酸的濃度。(2)H2O2具有氧化性，加入H2O2氧化Fe2＋為Fe3＋，離子方程式為H2O2＋2Fe2＋＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。(3)“調(diào)pH”的目的是沉淀Fe3＋、Al3＋，但不沉淀Mn2＋，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，應(yīng)該控制溶液pH的范圍為4.7≤pH＜8.8。(4)由于Mn2＋的水溶液為玫瑰色，所以可通過觀察濾液的顏色來判斷碳酸錳是否完全沉淀。(5)將MnCl2溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到MnCl2·4H2O。5．以金屬切削廢料(由鐵屑和鎳鈷合金、金剛砂組成)為原料回收鎳鈷生產(chǎn)NiSO4·7H2O和CoCl2·6H2O的工藝如圖：已知：①相關(guān)金屬離子[c0(Mn＋)＝0.1mol·L－1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Co3＋Co2＋Fe3＋Fe2＋Ni2＋開始沉淀的pH0.37.21.56.36.9沉淀完全的pH1.19.22.88.38.9②常溫下，Ksp(NiCO3)＝1.0×10－7?；卮鹣铝袉栴}：(1)將廢料研磨成粉的作用是_____________________________________________。(2)理論上“除鐵”需控制pH的范圍為__________，“濾渣2”中除Fe(OH)3外，還有少量黃鈉鐵礬[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]，寫出Fe3＋生成黃鈉鐵礬的離子方程式：______________________________________________________________________________________________。(3)“鈷鎳分離”后溶液中c(Ni2＋)＝1.0mol·L－1，若“濾液2”中c(COeq\o\al(2－,3))＝10－5mol·L－1，則沉鎳率＝__________________________[沉鎳率＝eq\f(因沉淀減少的cNi2＋,沉鎳前cNi2＋)]。(4)“轉(zhuǎn)化”時產(chǎn)生的氣體為________________。答案(1)增大固液接觸面積，加快酸溶速率，提高原料利用率(2)2.8～6.9(或2.8≤pH＜6.9)6Fe3＋＋4SOeq\o\al(2－,4)＋2Na＋＋12OH－=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓(3)99%(或0.99)(4)Cl2解析(2)“除鐵”需控制pH的范圍為2.8～6.9(或2.8≤pH＜6.9)；根據(jù)流程可知，黃鈉鐵礬[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]的生成需要Fe3＋、SOeq\o\al(2－,4)、Na＋、OH－，反應(yīng)的離子方程式為6Fe3＋＋4SOeq\o\al(2－,4)＋2Na＋＋12OH－=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓。L－1＝0.01mol·L－1，沉鎳率為eq\f(1.0mol·L－1－0.01mol·L－1,1.0mol·L－1)＝0.99。(4)據(jù)圖分析，轉(zhuǎn)化時Co(OH)3將HCl氧化，HCl轉(zhuǎn)化為Cl2。6．以軟錳礦(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量雜質(zhì))為主要原料合成新型的環(huán)保催化劑(OMS-2)的工藝流程如圖：(1)“浸錳”反應(yīng)中往往有副產(chǎn)物MnS2O6生成，溫度對“浸錳”反應(yīng)的影響如圖所示。為減少MnS2O6的生成，“浸錳”的適宜溫度是________；調(diào)pH后再過濾主要除去________元素。(2)濾液X可進(jìn)一步分離出多種化合物，其一為鹽類，該鹽在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可用作___________________________________________________________________________________________。(3)OMS-2是一種納米級的分子篩。分別用OMS-2和MnOx對甲醛進(jìn)行催化氧化，在相同時間內(nèi)甲醛轉(zhuǎn)化率和溫度的關(guān)系如圖：由圖可知，OMS-2與MnOx相比，催化效率較高的是_______________________________，原因是_______________________________________________________________________。答案(1)90℃Fe(或鐵)(2)鉀肥(3)OMS-2OMS-2顆粒小，表面積大，吸附的反應(yīng)物濃度更高，反應(yīng)速率更快解析(1)“浸錳”反應(yīng)中往往有副產(chǎn)物MnS2O6生成，溫度越高M(jìn)nS2O6的生成率越低，“浸錳”的適宜溫度是90℃；軟錳礦漿加過量SO2“浸錳”，過濾后濾液中含有Fe2＋，加入H2O2將Fe2＋氧化為Fe3＋，調(diào)節(jié)pH將鐵元素除去。(2)濾液X中含有K2SO4、H2SO4，K2SO4在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可用作鉀肥。(3)由圖像可以看出，相同溫度下，OMS-2作催化劑時催化效率較高，因納米級OMS-2比MnOx表面積大，吸附的反應(yīng)物濃度更高，反應(yīng)速率更快。7．硫酸鎳銨是重要的分析試劑和電鍍材料。某礦渣的主要成分是NiFe2O4(鐵酸鎳)、NiO、FeO、CaO、SiO2等，圖為從該礦渣中回收硫酸鎳銨的工藝流程圖。已知：(NH4)2SO4在350℃以上會分解生成NH3和H2SO4；NiFe2O4在焙燒過程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3；錫(Sn)位于第五周期第ⅣA族。(1)焙燒前將礦渣與(NH4)2SO4混合研磨，混合研磨的目的是_____________________________________________________________________________________________。(2)“