2021届高考化学 考前6天 工艺流程题 课件（41张ppt）
文档属性
| 名称 | 2021届高考化学 考前6天 工艺流程题 课件（41张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-03-29 07:18:31 | ||
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文档简介
2021
高考倒计时●化学
考前6天 工艺流程题
01
命 题 回 顾
02
答 题 要 领
目录
03
自 我 检 测
工艺流程题就是将化工生产中的生产流程用框图的形式表示出来,并根据物质生产流程中的有关化学知识步步设问,该类试题具有以下特点:
化学工艺流程题中最主要的考查方向为有关物质的制备或提纯,主要考查点为陌生氧化还原反应方程式的书写、流程图中某滤渣或滤液成分的识别、有关氧化还原反应中氧化剂与还原剂的“量”的关系或计算,有关氧化还原滴定实验或其他有关实验基础知识等。
一、物质制备类化工流程题
1.熟悉常用的操作方法及其作用
(1)对原料进行预处理的常用方法及其作用
(2)常用的控制反应条件的方法
①调节溶液的pH。常用于某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点:a.能与H+反应,使溶液pH增大;b.不引入新杂质。
例如,若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。
②控制温度。根据需要升温或降温,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。注意:温度不宜过高,防特殊物质挥发、分解、水解等。
③趁热过滤。防止某物质降温时析出,如除去NaCl中少量KNO3的方法是蒸发结晶、趁热过滤。
④冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。注意:酒精清洗固体至少有三个优点:降低离子化合物的溶解度、节省干燥时间、避免还原性产品(如氯化亚铜)被氧化。
2.识别流程图
化工流程中箭头指出的是投料(反应物),箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物),返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。注意:流程后面的物质是前面的反应物,这种物质可以循环利用。
二、物质提纯类化工流程题
1.明确常用的提纯方法
(1)水溶法:除去可溶性杂质。
(2)酸溶法:除去碱性杂质。
(3)碱溶法:除去酸性杂质。
(4)氧化剂或还原剂法:除去还原性或氧化性杂质。
(5)加热灼烧法:除去受热易分解或易挥发的杂质。
(6)调节溶液的pH法:如除去酸性溶液中的Fe3+等。
2.明确常用的分离方法
(1)过滤:分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
(2)萃取和分液:利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质,如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
(3)蒸发结晶:提取溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl。
(4)冷却结晶:提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
注意:蒸发结晶——加热蒸发除去大部分溶剂(如水),停止加热,利用余热蒸发少量剩余溶剂;蒸发浓缩——蒸发至饱和热溶液,停止加热。
(5)蒸馏或分馏:分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇和甘油。
注意:沸点相近的液体不容易用蒸馏分离。
(6)冷却法:利用气体易液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气
题型一 物质制备类化工流程题
【概述】制备类化工流程题往往以真实的工业生产过程为背景,提供流程图、表格、图像等素材,考查元素化合物、基本原理和化学实验等方面的知识。其原料可能是矿石、某工厂废料或变质的材料等,整个制备过程包括物质的转化(原料中的主要元素转化到产品中)、除杂和提纯等。其流程图的框架一般为如下形式
【典例1】纯粉末状CuO具有特殊的性质和用途。某小组拟以粗氧化铜(含Cu2O、Fe2O3、Al2O3和SiO2等杂质)为原料制备超细粉末状CuO,简易流程如下:
已知:CuO、Cu2O溶于浓氨水分别生成[Cu(NH3)4]2+、[Cu(NH3)2]+。
回答下列问题:
(1)滤渣1的主要成分是 (填化学式),操作2的名称
是 。
(2)写出CuO溶于浓氨水的化学方程式: ;
“氧化”中通入过量空气的目的是 。
(3)“氨浸”中,浸出率与氨水浓度、
温度关系如图所示:
Fe2O3、Al2O3、SiO2
过滤
CuO+4NH3·H2O [Cu(NH3)4](OH)2+3H2O
将[Cu(NH3)2]+全部氧化成[Cu(NH3)4]2+
答案
a (填“>”“<”或“=”)b;当浓度相同,温度高于40 ℃时,浸出率降低的主要原因是 。
(4)取一定质量xCu(OH)2·yCuCO3充分灼烧至恒重,残留物只有CuO。
测得固体失重率为 ,则 = (注明:固体失重率等于固体减少的质量与固体总质量之比)。
(5)根据(4)的结果,写出“沉铜”中发生的主要反应的离子方程式:
。
>
起始浓度相同时温度过高,氨水挥发和分解加快,浓度降低较快
1
2Cu2++3CO32-+2H2O Cu(OH)2·CuCO3↓+2HCO3-
答案
解析
【解析】从流程分析可得,Cu2O+4NH3·H2O 2[Cu(NH3)2]++2OH-+3H2O,4[Cu(NH3)2]++O2+8NH3·H2O 4[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O,[Cu(NH3)4]2++4H+ Cu2++4NH4+ 。
(2)依题意可知,CuO溶于浓氨水生成[Cu(NH3)4](OH)2。通入氧气的目的是将Cu+氧化成Cu2+。
(3)相同温度下,浓度较大,浸出率较大,故a>b。由图像可知,温度升高时,氨水挥发和分解加快,反应物浓度减小较快,浸出率降低。
(4)xCu(OH)2·yCuCO3 (x+y)CuO+xH2O+yCO2。由失重率的定义可得 , , 解得x=y。
(5)CuSO4和(NH4)2CO3发生相互促进的水解反应生成Cu2(OH)2CO3、NH4HCO3或放出CO2。
【解题指导】
1.粗读题干,挖掘图示
图示中一般会呈现超出教材范围的知识,但题目中往往会有提示或者问题中不涉及,所以一定要关注题目中的每一个关键字,尽量弄懂流程图,但不必将每一种物质都推出,只需问什么推什么。如制备类无机化工流程题,可粗读试题,知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。
2.携带问题,精读信息
这里的信息包括三个方面:一是题干;二是流程图;三是设置的问题。读题干时抓住关键字词;读流程图时重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。
3.跳跃思维,规范答题
答题时应注意前后问题往往没有“相关性”,即前一问未答出,不会影响后面答题。要求用理论回答的试题,应采用“四段论法”:改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→有什么变化→得出什么结论。
题型二 物质提纯类化工流程题
【概述】这类题目的流程图中主要包括混合物的除杂、分离、提纯等步骤。
【典例2】以某菱锰矿(含MnCO3、SiO2、FeCO3和少量Al2O3等)为原料通过以下方法可获得碳酸锰粗产品。
已知Ksp(MnCO3)=2.2×10-11,Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13,Ksp[Al(OH)3]=
1.3×10-33。
(1)滤渣中,含铁元素的物质主要是 (填化学式,下同);加NaOH调节溶液的pH约为5,如果pH过大,可能导致滤渣中 含量减少。
(2)滤液中,+1价阳离子除了H+外还有 (填离子符号)。
(3)取“沉锰”前溶液a mL于锥形瓶中,加入少量AgNO3溶液(作催化剂)和过量的1.5%(NH4)2S2O8溶液,加热,Mn2+被氧化为MnO4 - ,反应一段时间后再煮沸5 min[除去过量的(NH4)2S2O8],冷却至室温。选用适宜的指示剂,用b mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点,消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液V mL。
Fe(OH)3
Al(OH)3、SiO2
Na+、NH4+
答案
①Mn2+与(NH4)2S2O8反应中的S2O 8 2- 被还原为 。
②“沉锰”前溶液中c(Mn2+)= mol·L-1。(列出表达式)
(4)其他条件不变,“沉锰”过程中锰元素的回收率与NH4HCO3初始浓度(c0)、反应时间的关系如图所示:
SO42-
答案
①NH4HCO3初始浓度越大,锰元素的回收率越 (填“高”或“低”),简述原因:
②若溶液中c(Mn2+)=1.0 mol·L-1,加入等体积1.8 mol·L-1 NH4HCO3溶液进行反应,计算20~40 min内v(Mn2+)= 。
高
Ksp(MnCO3)=c(CO32-)·c(Mn2+),c(NH4HCO3)越大,c(CO32-)越大,c(Mn2+)越小,析出的MnCO3越多[或c(NH4HCO3)越大,c(CO32-)越大,使平衡MnCO3(s) CO32-(aq)+Mn2+(aq)向逆反应方向移动,析出的MnCO3越多]
7.5×10-3 mol·L-1·min-1
答案
解析
【解题指导】
1.当遇到这一类试题时,一定要认真在题目中找出要得到的主要物质是什么,混有的杂质有哪些,主要物质和杂质的性质差别是什么。认真分析当加入某一试剂后,能与什么物质发生反应,生成了什么物质,要用什么样的方法才能将杂质除去。要相信题中的每一种试剂、每一步操作都是为了得到更多和更纯的产品,经过这样的思考后将工艺流程转变为物质转化流程,更能明白每一步所加试剂或操作的目的。
(5)温度不高于某一温度的原因:适当加快反应速率,但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等,影响产品的生成。
2.解答工艺流程题需积累的答题模板
(1)除杂:除去……中的……
(2)干燥:除去……气体中的水蒸气,防止……
(3)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施:搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强),增大气液或固液接触面积。
(4)加热的目的:加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。
(5)温度不高于某一温度的原因:适当加快反应速率,但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等,影响产品的生成。
(6)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法:蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。
(7)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或溶解度随温度升高而减小的晶体的方法:蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降,杂质也会以晶体的形式析出)、洗涤、干燥。
(8)控制某溶液的pH使溶液中某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀,调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱等,以避免引入新的杂质;沉淀时pH范围的确定:范围过小导致某离子沉淀不完全,范围过大导致主要离子开始沉淀。
(9)减压蒸馏(减压蒸发)的原因:减小压强,使液体沸点降低,防止受热分解(如H2O2、NH4HCO3)、挥发(如浓HNO3)。
(10)检验溶液中离子是否沉淀完全的方法:将溶液静置一段时间后,取上层清液向其中滴入沉淀剂,若无沉淀生成,则离子沉淀完全。
(11)洗涤沉淀:沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀,待水自然流下后,重复操作2~3次。
(12)检验沉淀是否洗涤干净的方法:取少量最后一次的洗涤液于试管中,向其中滴入某试剂,若未出现特征反应现象,则沉淀洗涤干净。
(13)洗涤沉淀的目的:除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。
(14)冰水洗涤的目的:洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗。
(15)乙醇洗涤的目的:降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗,得到较干燥的产物。
(16)蒸发、反应时的气体氛围:抑制某离子的水解,如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。
(17)事先煮沸溶液的原因:除去溶解在溶液中的氧化性气体(如氧气),防止某物质被氧化。
1.CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下:
已知:
①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等;
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时,溶液的pH如表所示:
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Al(OH)3
Mn(OH)2
开始沉淀
1.8
7.0
7.2
3.4
8.1
完全沉淀
3.2
9.0
9.2
5.2
10.1
③CoCl2·6H2O的熔点为86 ℃,加热至110~120 ℃时,失去结晶水生成无水氯化钴。
(1)写出浸出过程Co2O3发生反应的离子方程
式: 。
(2)写出NaClO3发生的主要反应的离子方程
式: 。
若不慎向“浸出液”中加过量NaClO3,可能会生成有毒气体,写出生成该有毒气体的离子方程式: 。
(3)“加Na2CO3调pH至5.2”,过滤所得到的沉淀成分为 。
Co2O3+SO32-+4H+ 2Co2++SO42-+2H2O
ClO3-+6Fe2++6H+ Cl-+6Fe3++3H2O
ClO3-+5Cl-+6H+ 3Cl2↑+3H2O
Fe(OH)3、Al(OH)3
答案
(4)“操作1”中包含3个基本实验操作,它们依次是 、 和过滤。制得的CoCl3·6H2O在烘干时需减压的原因是 。
(5)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。向“滤液”中加入萃取剂的目的是 ;
萃取剂使用的最佳pH范围是 (填字母)。
A.2.0~2.5 B.3.0~3.5
C.4.0~4.5 D.5.0~5.51
蒸发浓缩
冷却结晶
降低烘干温度,防止产品分解
除去“滤液”中的Mn2+
B
答案
(6)为测定粗产品中CoCl2·6H2O的含量,称取一定质量的粗产品溶于水,加入足量AgNO3溶液,过滤、洗涤,将沉淀烘干后称其质量。通过计算发现粗产品中CoCl2·6H2O的质量分数大于100%,其原因可能是
。(答一条即可)
粗产品中含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水
答案
解析
2.硒化锡(SnSe)是一种热电能源材料,焦亚硫酸钠常作食品保鲜剂。以黄锡矿(主要成分是Cu2FeSnS4)为原料制备硒化锡和焦亚硫酸钠(Na2S2O5)的流程如下:
已知:Sn(OH)4难溶于水。
回答下列问题:
(1)Na2S2O5中硫元素的化合价为 。
(2)滤渣1的主要成分是 (填化学式)。
(3)“焙烧”发生的主要反应的化学方程式为
,
焙烧过程中锡元素的化合价没有变化,则生成30.2 g SnO2(摩尔质量:151 g·mol-1)时转移电子的物质的量为 。
(4)写出“碱浸”中发生反应的离子方程式:
。
+4
CuO、Fe2O3
4Cu2FeSnS4+27O2 8CuO+2Fe2O3+4SnO2+16SO2
5.4 mol
SnO2+2OH- SnO32-+H2O
答案
(5)若滤液2是NaHCO3溶液,其离子浓度大小排序为 。
(6)“碱浸”时浸出率与温度、时间、浓度关系如图所示:
图1中,当温度高于50 ℃,浸出率降低的主要原因
是 。
图2中最佳浸出时间为 min,图3中最佳NaOH溶液
浓度为 mol·L-1。
温度升高,SnO32-的水解程度增大,部分锡元素转化为滤渣
40
4
答案
(7)工业上采用三室膜电解技术制备,装置如图所示。原理为烧碱溶液吸收SO2→Na2SO3和NaHSO3溶液→电解→NaHSO3溶液→结晶→NaHSO3(s)→脱水→Na2S2O5。简述制备浓度较大的NaHSO3溶液
原理: 。?
电解时,A室H+向B室迁移,H++SO32- HSO3-;B室中Na+向C室迁移
答案
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考前6天 工艺流程题
01
命 题 回 顾
02
答 题 要 领
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03
自 我 检 测
工艺流程题就是将化工生产中的生产流程用框图的形式表示出来,并根据物质生产流程中的有关化学知识步步设问,该类试题具有以下特点:
化学工艺流程题中最主要的考查方向为有关物质的制备或提纯,主要考查点为陌生氧化还原反应方程式的书写、流程图中某滤渣或滤液成分的识别、有关氧化还原反应中氧化剂与还原剂的“量”的关系或计算,有关氧化还原滴定实验或其他有关实验基础知识等。
一、物质制备类化工流程题
1.熟悉常用的操作方法及其作用
(1)对原料进行预处理的常用方法及其作用
(2)常用的控制反应条件的方法
①调节溶液的pH。常用于某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点:a.能与H+反应,使溶液pH增大;b.不引入新杂质。
例如,若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。
②控制温度。根据需要升温或降温,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。注意:温度不宜过高,防特殊物质挥发、分解、水解等。
③趁热过滤。防止某物质降温时析出,如除去NaCl中少量KNO3的方法是蒸发结晶、趁热过滤。
④冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。注意:酒精清洗固体至少有三个优点:降低离子化合物的溶解度、节省干燥时间、避免还原性产品(如氯化亚铜)被氧化。
2.识别流程图
化工流程中箭头指出的是投料(反应物),箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物),返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。注意:流程后面的物质是前面的反应物,这种物质可以循环利用。
二、物质提纯类化工流程题
1.明确常用的提纯方法
(1)水溶法:除去可溶性杂质。
(2)酸溶法:除去碱性杂质。
(3)碱溶法:除去酸性杂质。
(4)氧化剂或还原剂法:除去还原性或氧化性杂质。
(5)加热灼烧法:除去受热易分解或易挥发的杂质。
(6)调节溶液的pH法:如除去酸性溶液中的Fe3+等。
2.明确常用的分离方法
(1)过滤:分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
(2)萃取和分液:利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质,如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
(3)蒸发结晶:提取溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl。
(4)冷却结晶:提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
注意:蒸发结晶——加热蒸发除去大部分溶剂(如水),停止加热,利用余热蒸发少量剩余溶剂;蒸发浓缩——蒸发至饱和热溶液,停止加热。
(5)蒸馏或分馏:分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇和甘油。
注意:沸点相近的液体不容易用蒸馏分离。
(6)冷却法:利用气体易液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气
题型一 物质制备类化工流程题
【概述】制备类化工流程题往往以真实的工业生产过程为背景,提供流程图、表格、图像等素材,考查元素化合物、基本原理和化学实验等方面的知识。其原料可能是矿石、某工厂废料或变质的材料等,整个制备过程包括物质的转化(原料中的主要元素转化到产品中)、除杂和提纯等。其流程图的框架一般为如下形式
【典例1】纯粉末状CuO具有特殊的性质和用途。某小组拟以粗氧化铜(含Cu2O、Fe2O3、Al2O3和SiO2等杂质)为原料制备超细粉末状CuO,简易流程如下:
已知:CuO、Cu2O溶于浓氨水分别生成[Cu(NH3)4]2+、[Cu(NH3)2]+。
回答下列问题:
(1)滤渣1的主要成分是 (填化学式),操作2的名称
是 。
(2)写出CuO溶于浓氨水的化学方程式: ;
“氧化”中通入过量空气的目的是 。
(3)“氨浸”中,浸出率与氨水浓度、
温度关系如图所示:
Fe2O3、Al2O3、SiO2
过滤
CuO+4NH3·H2O [Cu(NH3)4](OH)2+3H2O
将[Cu(NH3)2]+全部氧化成[Cu(NH3)4]2+
答案
a (填“>”“<”或“=”)b;当浓度相同,温度高于40 ℃时,浸出率降低的主要原因是 。
(4)取一定质量xCu(OH)2·yCuCO3充分灼烧至恒重,残留物只有CuO。
测得固体失重率为 ,则 = (注明:固体失重率等于固体减少的质量与固体总质量之比)。
(5)根据(4)的结果,写出“沉铜”中发生的主要反应的离子方程式:
。
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起始浓度相同时温度过高,氨水挥发和分解加快,浓度降低较快
1
2Cu2++3CO32-+2H2O Cu(OH)2·CuCO3↓+2HCO3-
答案
解析
【解析】从流程分析可得,Cu2O+4NH3·H2O 2[Cu(NH3)2]++2OH-+3H2O,4[Cu(NH3)2]++O2+8NH3·H2O 4[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O,[Cu(NH3)4]2++4H+ Cu2++4NH4+ 。
(2)依题意可知,CuO溶于浓氨水生成[Cu(NH3)4](OH)2。通入氧气的目的是将Cu+氧化成Cu2+。
(3)相同温度下,浓度较大,浸出率较大,故a>b。由图像可知,温度升高时,氨水挥发和分解加快,反应物浓度减小较快,浸出率降低。
(4)xCu(OH)2·yCuCO3 (x+y)CuO+xH2O+yCO2。由失重率的定义可得 , , 解得x=y。
(5)CuSO4和(NH4)2CO3发生相互促进的水解反应生成Cu2(OH)2CO3、NH4HCO3或放出CO2。
【解题指导】
1.粗读题干,挖掘图示
图示中一般会呈现超出教材范围的知识,但题目中往往会有提示或者问题中不涉及,所以一定要关注题目中的每一个关键字,尽量弄懂流程图,但不必将每一种物质都推出,只需问什么推什么。如制备类无机化工流程题,可粗读试题,知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。
2.携带问题,精读信息
这里的信息包括三个方面:一是题干;二是流程图;三是设置的问题。读题干时抓住关键字词;读流程图时重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。
3.跳跃思维,规范答题
答题时应注意前后问题往往没有“相关性”,即前一问未答出,不会影响后面答题。要求用理论回答的试题,应采用“四段论法”:改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→有什么变化→得出什么结论。
题型二 物质提纯类化工流程题
【概述】这类题目的流程图中主要包括混合物的除杂、分离、提纯等步骤。
【典例2】以某菱锰矿(含MnCO3、SiO2、FeCO3和少量Al2O3等)为原料通过以下方法可获得碳酸锰粗产品。
已知Ksp(MnCO3)=2.2×10-11,Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13,Ksp[Al(OH)3]=
1.3×10-33。
(1)滤渣中,含铁元素的物质主要是 (填化学式,下同);加NaOH调节溶液的pH约为5,如果pH过大,可能导致滤渣中 含量减少。
(2)滤液中,+1价阳离子除了H+外还有 (填离子符号)。
(3)取“沉锰”前溶液a mL于锥形瓶中,加入少量AgNO3溶液(作催化剂)和过量的1.5%(NH4)2S2O8溶液,加热,Mn2+被氧化为MnO4 - ,反应一段时间后再煮沸5 min[除去过量的(NH4)2S2O8],冷却至室温。选用适宜的指示剂,用b mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点,消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液V mL。
Fe(OH)3
Al(OH)3、SiO2
Na+、NH4+
答案
①Mn2+与(NH4)2S2O8反应中的S2O 8 2- 被还原为 。
②“沉锰”前溶液中c(Mn2+)= mol·L-1。(列出表达式)
(4)其他条件不变,“沉锰”过程中锰元素的回收率与NH4HCO3初始浓度(c0)、反应时间的关系如图所示:
SO42-
答案
①NH4HCO3初始浓度越大,锰元素的回收率越 (填“高”或“低”),简述原因:
②若溶液中c(Mn2+)=1.0 mol·L-1,加入等体积1.8 mol·L-1 NH4HCO3溶液进行反应,计算20~40 min内v(Mn2+)= 。
高
Ksp(MnCO3)=c(CO32-)·c(Mn2+),c(NH4HCO3)越大,c(CO32-)越大,c(Mn2+)越小,析出的MnCO3越多[或c(NH4HCO3)越大,c(CO32-)越大,使平衡MnCO3(s) CO32-(aq)+Mn2+(aq)向逆反应方向移动,析出的MnCO3越多]
7.5×10-3 mol·L-1·min-1
答案
解析
【解题指导】
1.当遇到这一类试题时,一定要认真在题目中找出要得到的主要物质是什么,混有的杂质有哪些,主要物质和杂质的性质差别是什么。认真分析当加入某一试剂后,能与什么物质发生反应,生成了什么物质,要用什么样的方法才能将杂质除去。要相信题中的每一种试剂、每一步操作都是为了得到更多和更纯的产品,经过这样的思考后将工艺流程转变为物质转化流程,更能明白每一步所加试剂或操作的目的。
(5)温度不高于某一温度的原因:适当加快反应速率,但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等,影响产品的生成。
2.解答工艺流程题需积累的答题模板
(1)除杂:除去……中的……
(2)干燥:除去……气体中的水蒸气,防止……
(3)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施:搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强),增大气液或固液接触面积。
(4)加热的目的:加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。
(5)温度不高于某一温度的原因:适当加快反应速率,但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等,影响产品的生成。
(6)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法:蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。
(7)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或溶解度随温度升高而减小的晶体的方法:蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降,杂质也会以晶体的形式析出)、洗涤、干燥。
(8)控制某溶液的pH使溶液中某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀,调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱等,以避免引入新的杂质;沉淀时pH范围的确定:范围过小导致某离子沉淀不完全,范围过大导致主要离子开始沉淀。
(9)减压蒸馏(减压蒸发)的原因:减小压强,使液体沸点降低,防止受热分解(如H2O2、NH4HCO3)、挥发(如浓HNO3)。
(10)检验溶液中离子是否沉淀完全的方法:将溶液静置一段时间后,取上层清液向其中滴入沉淀剂,若无沉淀生成,则离子沉淀完全。
(11)洗涤沉淀:沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀,待水自然流下后,重复操作2~3次。
(12)检验沉淀是否洗涤干净的方法:取少量最后一次的洗涤液于试管中,向其中滴入某试剂,若未出现特征反应现象,则沉淀洗涤干净。
(13)洗涤沉淀的目的:除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。
(14)冰水洗涤的目的:洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗。
(15)乙醇洗涤的目的:降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗,得到较干燥的产物。
(16)蒸发、反应时的气体氛围:抑制某离子的水解,如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。
(17)事先煮沸溶液的原因:除去溶解在溶液中的氧化性气体(如氧气),防止某物质被氧化。
1.CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下:
已知:
①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等;
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时,溶液的pH如表所示:
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Al(OH)3
Mn(OH)2
开始沉淀
1.8
7.0
7.2
3.4
8.1
完全沉淀
3.2
9.0
9.2
5.2
10.1
③CoCl2·6H2O的熔点为86 ℃,加热至110~120 ℃时,失去结晶水生成无水氯化钴。
(1)写出浸出过程Co2O3发生反应的离子方程
式: 。
(2)写出NaClO3发生的主要反应的离子方程
式: 。
若不慎向“浸出液”中加过量NaClO3,可能会生成有毒气体,写出生成该有毒气体的离子方程式: 。
(3)“加Na2CO3调pH至5.2”,过滤所得到的沉淀成分为 。
Co2O3+SO32-+4H+ 2Co2++SO42-+2H2O
ClO3-+6Fe2++6H+ Cl-+6Fe3++3H2O
ClO3-+5Cl-+6H+ 3Cl2↑+3H2O
Fe(OH)3、Al(OH)3
答案
(4)“操作1”中包含3个基本实验操作,它们依次是 、 和过滤。制得的CoCl3·6H2O在烘干时需减压的原因是 。
(5)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。向“滤液”中加入萃取剂的目的是 ;
萃取剂使用的最佳pH范围是 (填字母)。
A.2.0~2.5 B.3.0~3.5
C.4.0~4.5 D.5.0~5.51
蒸发浓缩
冷却结晶
降低烘干温度,防止产品分解
除去“滤液”中的Mn2+
B
答案
(6)为测定粗产品中CoCl2·6H2O的含量,称取一定质量的粗产品溶于水,加入足量AgNO3溶液,过滤、洗涤,将沉淀烘干后称其质量。通过计算发现粗产品中CoCl2·6H2O的质量分数大于100%,其原因可能是
。(答一条即可)
粗产品中含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水
答案
解析
2.硒化锡(SnSe)是一种热电能源材料,焦亚硫酸钠常作食品保鲜剂。以黄锡矿(主要成分是Cu2FeSnS4)为原料制备硒化锡和焦亚硫酸钠(Na2S2O5)的流程如下:
已知:Sn(OH)4难溶于水。
回答下列问题:
(1)Na2S2O5中硫元素的化合价为 。
(2)滤渣1的主要成分是 (填化学式)。
(3)“焙烧”发生的主要反应的化学方程式为
,
焙烧过程中锡元素的化合价没有变化,则生成30.2 g SnO2(摩尔质量:151 g·mol-1)时转移电子的物质的量为 。
(4)写出“碱浸”中发生反应的离子方程式:
。
+4
CuO、Fe2O3
4Cu2FeSnS4+27O2 8CuO+2Fe2O3+4SnO2+16SO2
5.4 mol
SnO2+2OH- SnO32-+H2O
答案
(5)若滤液2是NaHCO3溶液,其离子浓度大小排序为 。
(6)“碱浸”时浸出率与温度、时间、浓度关系如图所示:
图1中,当温度高于50 ℃,浸出率降低的主要原因
是 。
图2中最佳浸出时间为 min,图3中最佳NaOH溶液
浓度为 mol·L-1。
温度升高,SnO32-的水解程度增大,部分锡元素转化为滤渣
40
4
答案
(7)工业上采用三室膜电解技术制备,装置如图所示。原理为烧碱溶液吸收SO2→Na2SO3和NaHSO3溶液→电解→NaHSO3溶液→结晶→NaHSO3(s)→脱水→Na2S2O5。简述制备浓度较大的NaHSO3溶液
原理: 。?
电解时,A室H+向B室迁移,H++SO32- HSO3-;B室中Na+向C室迁移
答案
解析
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