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第一篇
微专题热练
微专题7 化学工艺流程
微专题热练24 化学工艺流程(二)
1. (2024·通州)碳酸镍在新能源以及智能制造上发挥了重要作用。
(1)碳酸镍的制备
以含镍废料为原料(主要成分NiCO3，含少量Al2O3、MgO、CaO)可制备高纯NiCO3。已知：Ksp(CaF2)＝5.3×10－9，Ksp(MgF2)＝4.0×10－11，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5，Ka(HF)＝1.0×10－4。
①“除杂”时加入NH4F溶液的目的为____________________。
②“除杂”后所得溶液的pH＝6，c(Mg2＋)＝10－5 mol/L，则c(HF)＝____________ mol/L。
③“沉镍”时可用碳酸氢钠代替碳酸钠，写出该反应的离子方程式：_________________________________________。
沉淀Mg2＋和Ca2＋
2×10－5
(2)碳酸镍的应用
碳酸镍在空气中与碳酸锂共同“煅烧”可制得电极材料LiNiO2。废旧电极材料可通过某些无机和有机试剂回收处理，处理后的镍转化为如图所示物质。
①写出“煅烧”反应的化学方程式：____________________________________ _____________。
②回收镍所使用的有机试剂的结构简式为____________________。
6CO2
(3)碳酸镍的回收
在氧气气氛中加热NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O(M＝341 g/mol)可获得含镍物质，固体质量随温度变化的曲线如图所示。
①500～700 K之间分解产生的气体为__________。
②800 K后剩余固体质量略有增加的原因是_______________________________ _______。
CO2
NiO被氧化成更高价态的镍氧化
物
2. (2024·无锡)工业上可电解MnSO4溶液制备电池用高纯MnO2。
(1)MnSO4溶液的制备
利用菱锰矿粉(主要成分为MnCO3，还含有少量FeCO3、Al2O3、CoO、SiO2等杂质)制备MnSO4溶液的流程如下：
已知：25 ℃时，Ksp[Mn(OH)2]＝2.0×10－13，Ksp(CoS)＝4.0×10－21，Ksp(MnS)＝2.5×10－13。在本实验条件下Co2＋不能被MnO2氧化。
①“酸浸”过程中加入过量硫酸的目的是________________________________ ______。
②“氧化”过程中发生反应的离子方程式为_______________________________ ______________。
提高锰元素的浸出率，抑制Mn2＋水
解
MnO2＋2Fe2＋＋4H＋ === 2Fe3＋＋
Mn2＋＋2H2O
(2)高纯MnO2的制备
①以石墨为电极材料电解MnSO4溶液可制备MnO2，阳极的电极反应式为______________________________________。
②电解后，从电极棒表面剥离出粗MnO2，粉碎处理后经清洗得到高纯MnO2。粗MnO2表面的可溶性杂质除少量MnSO4以外，还有___________(填化学式)。
③MnO2的一种长方体晶胞结构如图所示，每个锰原子被6个氧原子包围，形成的空间结构为__________形。
1.6×10－8
Mn2＋－2e－＋2H2O === MnO2＋4H＋
H2SO4
八面体
3. (2024·连云港)以工业废铜渣(主要含CuO，还含有CuS、Fe2O3等)为原料制备CuCl，并测定其纯度。其制备过程如图所示。已知：室温下，Ksp[Fe(OH)3]＝1× 10－39，Ksp[Cu(OH)2]＝2×10－20。
(1)焙烧。将废铜渣放在空气中加热至300 ℃充分焙烧，反应中CuS转化成
CuO，其反应的化学方程式为_____________________________________________。
(2)酸浸。将焙烧后的产物与一定浓度的硫酸溶液放入反应器中，以一定的速率搅拌进行反应。在该过程中，还可以提高铜元素浸出效率的措施是____________ ____________________________。
适当升高反
应的温度(或其他合理答案)
(3)除铁。酸浸后，测得溶液中c(Fe3＋)＝0.1 mol/L，c(Cu2＋)＝2 mol/L。向其中滴加NaOH溶液调节溶液pH除去Fe3＋，则需调节溶液pH范围为______________。已知：Fe3＋完全沉淀后其浓度应小于1×10－6 mol/L。
(4)沉铜。除铁后，过滤，向滤液中加入Na2SO3溶液、NaCl溶液，搅拌下充分反应，过滤，洗涤，干燥得到CuCl。
①得到CuCl沉淀的离子方程式为________________________________________ __________。
3≤pH<4
＋2H＋
(5)测定CuCl的纯度。称取0.250 0 g样品，迅速加入装有足量三氯化铁溶液的锥形瓶中不断摇动，待样品溶解后加适量水和2滴邻菲啰啉-硫酸亚铁指示液，用0.100 0 mol/L Ce(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗Ce(SO4)2溶液24.00 mL。
已知：CuCl＋Fe3＋===Cu2＋＋Fe2＋＋Cl－，
Fe2＋＋Ce4＋===Fe3＋＋Ce3＋。
计算样品中CuCl的纯度(写出计算过程)。
答案：95.52%(计算过程见解析)
4. (2024·南通如东)从富钒废渣(V2O5、WO3、TiO2)中回收V2O5的工艺过程可表示为
(1)“焙烧”所得钠盐的阴离子呈如图所示的无限链状结构，写出“焙烧”的化
学方程式：_____________________________________________。
图1
1.7
HVO3
图2
A点温度低，影响催化剂的活性；B点压强大，会增大设备成本，且相比C点平衡转化率的提高幅度小
谢谢观赏微专题热练24 化学工艺流程(二)
1. (2024·通州)碳酸镍在新能源以及智能制造上发挥了重要作用。
(1)碳酸镍的制备
以含镍废料为原料(主要成分NiCO3，含少量Al2O3、MgO、CaO)可制备高纯NiCO3。已知：Ksp(CaF2)＝5.3×10－9，Ksp(MgF2)＝4.0×10－11，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5，Ka(HF)＝1.0×10－4。
①“除杂”时加入NH4F溶液的目的为 沉淀Mg2＋和Ca2＋ 。
②“除杂”后所得溶液的pH＝6，c(Mg2＋)＝10－5 mol/L，则c(HF)＝ 2×10－5 mol/L。
③“沉镍”时可用碳酸氢钠代替碳酸钠，写出该反应的离子方程式： Ni2＋＋2HCO===NiCO3↓＋H2O＋CO2↑ 。
(2)碳酸镍的应用
碳酸镍在空气中与碳酸锂共同“煅烧”可制得电极材料LiNiO2。废旧电极材料可通过某些无机和有机试剂回收处理，处理后的镍转化为如图所示物质。
①写出“煅烧”反应的化学方程式： 4NiCO3＋2Li2CO3＋O24LiNiO2＋6CO2 。
②回收镍所使用的有机试剂的结构简式为 。
(3)碳酸镍的回收
在氧气气氛中加热NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O(M＝341 g/mol)可获得含镍物质，固体质量随温度变化的曲线如图所示。
①500～700 K之间分解产生的气体为 CO2 。
②800 K后剩余固体质量略有增加的原因是 NiO被氧化成更高价态的镍氧化物 。
【解析】 (1)①“除杂”时加入NH4F溶液的目的为沉淀Mg2＋和Ca2＋。②溶液中c(F－)＝ mol/L＝2.0×10－3 mol/L，c(H＋)＝1×10－6 mol/L，c(HF)＝＝ mol/L＝2.0×10－5 mol/L。(2)①煅烧过程中O2是氧化剂，反应中1 mol O2可得到4 mol电子，还原剂NiCO3被氧化为LiNiO2,1 mol NiCO3失去1 mol电子，“煅烧”时发生反应的化学方程式为4NiCO3＋2Li2CO3＋O24LiNiO2＋6CO2。②结合图可知，回收镍所使用的有机试剂的结构简式为。
(3)①NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O热分解反应为NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O3NiO＋CO2↑＋4H2O，若分解先得到水，则固体质量分数降低×100%≈21.1%，若分解先得到二氧化碳，则固体质量分数降低×100%≈12.9%，故300～500 K之间分解产生的气体为H2O,500～700 K之间分解产生的气体为CO2。②700 K后，反应完成，剩下的固体为NiO，在氧气气氛中加热，NiO被氧化成更高价态的镍氧化物，导致800 K后剩余固体质量略有增加。
2. (2024·无锡)工业上可电解MnSO4溶液制备电池用高纯MnO2。
(1)MnSO4溶液的制备
利用菱锰矿粉(主要成分为MnCO3，还含有少量FeCO3、Al2O3、CoO、SiO2等杂质)制备MnSO4溶液的流程如下：
已知：25 ℃时，Ksp[Mn(OH)2]＝2.0×10－13，Ksp(CoS)＝4.0×10－21，Ksp(MnS)＝2.5×10－13。在本实验条件下Co2＋不能被MnO2氧化。
①“酸浸”过程中加入过量硫酸的目的是 提高锰元素的浸出率，抑制Mn2＋水解 。
②“氧化”过程中发生反应的离子方程式为 MnO2＋2Fe2＋＋4H＋ === 2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O 。
③“除钴”过程中加入过量的难溶电解质MnS，所得悬浊液中＝ 1.6×10－8 。
(2)高纯MnO2的制备
①以石墨为电极材料电解MnSO4溶液可制备MnO2，阳极的电极反应式为 Mn2＋－2e－＋2H2O === MnO2＋4H＋ 。
②电解后，从电极棒表面剥离出粗MnO2，粉碎处理后经清洗得到高纯MnO2。粗MnO2表面的可溶性杂质除少量MnSO4以外，还有 H2SO4 (填化学式)。
③MnO2的一种长方体晶胞结构如图所示，每个锰原子被6个氧原子包围，形成的空间结构为 八面体 形。
【解析】 (1)③＝＝＝1.6×10－8。(2)①阳极Mn2＋失去电子生成MnO2，电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋。②根据电极反应式可知还有H2SO4。③由晶胞示意图可知，6个氧原子形成的空间结构为八面体形。
3. (2024·连云港)以工业废铜渣(主要含CuO，还含有CuS、Fe2O3等)为原料制备CuCl，并测定其纯度。其制备过程如图所示。已知：室温下，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39，Ksp[Cu(OH)2]＝2×10－20。
(1)焙烧。将废铜渣放在空气中加热至300 ℃充分焙烧，反应中CuS转化成CuO，其反应的化学方程式为 2CuS＋3O22CuO＋2SO2 。
(2)酸浸。将焙烧后的产物与一定浓度的硫酸溶液放入反应器中，以一定的速率搅拌进行反应。在该过程中，还可以提高铜元素浸出效率的措施是 适当升高反应的温度(或其他合理答案) 。
(3)除铁。酸浸后，测得溶液中c(Fe3＋)＝0.1 mol/L，c(Cu2＋)＝2 mol/L。向其中滴加NaOH溶液调节溶液pH除去Fe3＋，则需调节溶液pH范围为 3≤pH<4 。已知：Fe3＋完全沉淀后其浓度应小于1×10－6 mol/L。
(4)沉铜。除铁后，过滤，向滤液中加入Na2SO3溶液、NaCl溶液，搅拌下充分反应，过滤，洗涤，干燥得到CuCl。
①得到CuCl沉淀的离子方程式为 2Cu2＋＋SO＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO＋2H＋ 。
②相同条件下，CuCl沉淀率随的变化如图所示。在实际生产中常选择为2.5的原因是 加快还原Cu2＋的反应速率；随着反应的进行，溶液的酸性逐渐增强，SO与H＋结合生成SO2从溶液中逸出 。
(5)测定CuCl的纯度。称取0.250 0 g样品，迅速加入装有足量三氯化铁溶液的锥形瓶中不断摇动，待样品溶解后加适量水和2滴邻菲啰啉-硫酸亚铁指示液，用0.100 0 mol/L Ce(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗Ce(SO4)2溶液24.00 mL。
已知：CuCl＋Fe3＋===Cu2＋＋Fe2＋＋Cl－，
Fe2＋＋Ce4＋===Fe3＋＋Ce3＋。
计算样品中CuCl的纯度(写出计算过程)。
答案：95.52%(计算过程见解析)
【解析】 废铜渣经空气焙烧后得到Fe2O3、CuO和SO2，Fe2O3、CuO加入硫酸酸浸得到Fe3＋、Cu2＋，加入NaOH调节pH使Fe3＋沉淀完全，向溶液中加入亚硫酸钠溶液和NaCl溶液使其转化为CuCl，再经洗涤、干燥可得产品。(3)铁离子完全沉淀，则c(OH－)＝＝ mol/L＝1×10－11 mol/L，pH＝3；沉淀过程中Cu2＋不能沉淀，则c(OH－)＝＝ mol/L＝1×10－10 mol/L，pH＝4；故需调节溶液pH范围为3≤pH<4。(4)②在实际生产中常选择＝2.5，此时亚硫酸钠加快还原Cu2＋的反应速率，已经使得氯化亚铜的沉淀率较高，且反应后溶液显酸性，如果继续增加亚硫酸钠量，则会导致SO与H＋结合生成SO2从溶液中逸出。
(5)由关系式可知，CuCl～Fe2＋～Ce4＋，n[Ce(SO4)2]＝0.100 0 mol/L×24.00×10－3L＝2.400 0×10－3 mol
n(CuCl)＝n[Ce(SO4)2]＝2.400 0×10－3 mol
m(CuCl)＝2.400 0×10－3 mol×99.5 g/mol＝0.238 8 g
CuCl的纯度＝×100%＝95.52%。
4. (2024·南通如东)从富钒废渣(V2O5、WO3、TiO2)中回收V2O5的工艺过程可表示为
(1)“焙烧”所得钠盐的阴离子呈如图所示的无限链状结构，写出“焙烧”的化学方程式： V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑ 。
(2)“沉钒”反应是向含有VO的溶液中加入NH4Cl溶液，析出NH4VO3沉淀。
①写出“沉钒”反应的离子方程式： VO＋NH＋H2O===NH4VO3↓＋2H＋ 。
②已知Ksp(NH4VO3)＝1.7×10－3。室温下，测得“分离”后所得溶液中c(VO)＝0.1 mol/L，为使“沉钒”时钒元素的沉淀率达到99%，应使“沉钒”后的溶液中c(NH)不低于 1.7 mol/L。
③为研究NH4VO3受热发生的化学变化，某化学兴趣小组称取117 g NH4VO3在空气中加热，固体质量随温度变化的曲线如图1所示，则点A所得物质的化学式为 HVO3 (V—51)。
图1 图2
(3)一定温度下，恒压密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，SO2平衡转化率与反应温度和压强的关系如图2所示。实际生产选择图中C点的反应条件，不选择A、B点的理由分别是 A点温度低，影响催化剂的活性；B点压强大，会增大设备成本，且相比C点平衡转化率的提高幅度小 。
【解析】 (1)该阴离子里O和V的原子个数之比为3∶1，该阴离子为VO，反应的化学方程式为V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑。(2)②要达到99%的沉钒，则溶液中剩余c(VO)＝0.1 mol/L×1%＝0.001 mol/L，c(NH)不低于＝ mol/L＝1.7 mol/L，③NH4VO3的摩尔质量为117 g/mol,117 g该固体质量减少到100 g，则生成物的摩尔质量为100 g/mol，根据质量守恒，得生成物为HVO3。微专题热练24 化学工艺流程(二)
1. (2024·通州)碳酸镍在新能源以及智能制造上发挥了重要作用。
(1)碳酸镍的制备
以含镍废料为原料(主要成分NiCO3，含少量Al2O3、MgO、CaO)可制备高纯NiCO3。已知：Ksp(CaF2)＝5.3×10－9，Ksp(MgF2)＝4.0×10－11，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5，Ka(HF)＝1.0×10－4。
①“除杂”时加入NH4F溶液的目的为 。
②“除杂”后所得溶液的pH＝6，c(Mg2＋)＝10－5 mol/L，则c(HF)＝ mol/L。
③“沉镍”时可用碳酸氢钠代替碳酸钠，写出该反应的离子方程式：
。
(2)碳酸镍的应用
碳酸镍在空气中与碳酸锂共同“煅烧”可制得电极材料LiNiO2。废旧电极材料可通过某些无机和有机试剂回收处理，处理后的镍转化为如图所示物质。
①写出“煅烧”反应的化学方程式： 。
②回收镍所使用的有机试剂的结构简式为 。
(3)碳酸镍的回收
在氧气气氛中加热NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O(M＝341 g/mol)可获得含镍物质，固体质量随温度变化的曲线如图所示。
①500～700 K之间分解产生的气体为 。
②800 K后剩余固体质量略有增加的原因是 。
2. (2024·无锡)工业上可电解MnSO4溶液制备电池用高纯MnO2。
(1)MnSO4溶液的制备
利用菱锰矿粉(主要成分为MnCO3，还含有少量FeCO3、Al2O3、CoO、SiO2等杂质)制备MnSO4溶液的流程如下：
已知：25 ℃时，Ksp[Mn(OH)2]＝2.0×10－13，Ksp(CoS)＝4.0×10－21，Ksp(MnS)＝2.5×10－13。在本实验条件下Co2＋不能被MnO2氧化。
①“酸浸”过程中加入过量硫酸的目的是 。
②“氧化”过程中发生反应的离子方程式为 。
③“除钴”过程中加入过量的难溶电解质MnS，所得悬浊液中＝ 。
(2)高纯MnO2的制备
①以石墨为电极材料电解MnSO4溶液可制备MnO2，阳极的电极反应式为
。
②电解后，从电极棒表面剥离出粗MnO2，粉碎处理后经清洗得到高纯MnO2。粗MnO2表面的可溶性杂质除少量MnSO4以外，还有 (填化学式)。
③MnO2的一种长方体晶胞结构如图所示，每个锰原子被6个氧原子包围，形成的空间结构为
形。
3. (2024·连云港)以工业废铜渣(主要含CuO，还含有CuS、Fe2O3等)为原料制备CuCl，并测定其纯度。其制备过程如图所示。已知：室温下，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39，Ksp[Cu(OH)2]＝2×10－20。
(1)焙烧。将废铜渣放在空气中加热至300 ℃充分焙烧，反应中CuS转化成CuO，其反应的化学方程式为 。
(2)酸浸。将焙烧后的产物与一定浓度的硫酸溶液放入反应器中，以一定的速率搅拌进行反应。在该过程中，还可以提高铜元素浸出效率的措施是 。
(3)除铁。酸浸后，测得溶液中c(Fe3＋)＝0.1 mol/L，c(Cu2＋)＝2 mol/L。向其中滴加NaOH溶液调节溶液pH除去Fe3＋，则需调节溶液pH范围为 。已知：Fe3＋完全沉淀后其浓度应小于1×10－6 mol/L。
(4)沉铜。除铁后，过滤，向滤液中加入Na2SO3溶液、NaCl溶液，搅拌下充分反应，过滤，洗涤，干燥得到CuCl。
①得到CuCl沉淀的离子方程式为 。
②相同条件下，CuCl沉淀率随的变化如图所示。在实际生产中常选择为2.5的原因是 。
(5)测定CuCl的纯度。称取0.250 0 g样品，迅速加入装有足量三氯化铁溶液的锥形瓶中不断摇动，待样品溶解后加适量水和2滴邻菲啰啉-硫酸亚铁指示液，用0.100 0 mol/L Ce(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗Ce(SO4)2溶液24.00 mL。
已知：CuCl＋Fe3＋===Cu2＋＋Fe2＋＋Cl－，
Fe2＋＋Ce4＋===Fe3＋＋Ce3＋。
计算样品中CuCl的纯度(写出计算过程)。
4. (2024·南通如东)从富钒废渣(V2O5、WO3、TiO2)中回收V2O5的工艺过程可表示为
(1)“焙烧”所得钠盐的阴离子呈如图所示的无限链状结构，写出“焙烧”的化学方程式：
。
(2)“沉钒”反应是向含有VO的溶液中加入NH4Cl溶液，析出NH4VO3沉淀。
①写出“沉钒”反应的离子方程式： 。
②已知Ksp(NH4VO3)＝1.7×10－3。室温下，测得“分离”后所得溶液中c(VO)＝0.1 mol/L，为使“沉钒”时钒元素的沉淀率达到99%，应使“沉钒”后的溶液中c(NH)不低于 mol/L。
③为研究NH4VO3受热发生的化学变化，某化学兴趣小组称取117 g NH4VO3在空气中加热，固体质量随温度变化的曲线如图1所示，则点A所得物质的化学式为 (V—51)。
图1 图2
(3)一定温度下，恒压密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，SO2平衡转化率与反应温度和压强的关系如图2所示。实际生产选择图中C点的反应条件，不选择A、B点的理由分别是
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