题型二 工艺流程类(A组)1．氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于醇和水，在潮湿空气中易水解氧化，且在氯离子浓度较大的体系中存在CuCl＋Cl－[CuCl2]－。工业上用低品铜矿(主要含CuS、Cu2S、FeO等)制备CuCl的一种工艺流程如下：回答下面问题：(1)反应Ⅰ中被氧化的元素有________。(填元素符号)(2)滤渣Ⅱ的成分主要为MnCO3，写出除Mn2＋的离子方程式________________________________________________________________________。(3)写出反应Ⅱ中发生反应的离子方程式________________________________________________________________________。(4)在进行反应Ⅱ时，通入的SO2一般都要适当过量，目的是________________________________________________________________________________________________。在CuCl的生产过程中可以循环利用的物质为________。(5)滤饼进行醇洗的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)在进行反应Ⅱ时，当氯化钠用量增加到一定程度后氯化亚铜的沉淀率减小，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(7)Cu2＋的沉淀率是指转化为CuCl的n(Cu2＋)占总的n(Cu2＋)的百分比。在一定条件下Cu2＋沉淀率与沉淀前的Cl－、Cu2＋的物质的量之比[n(Cl－)：n(Cu2＋)]的关系如图所示。CuCl＋Cl－[CuCl2]－的平衡常数K＝6.5×10－2，则该条件下Cu2＋的最大沉淀率为________。(保留两位小数)。
答案：(1)S、Cu、Fe(2)Mn2＋＋HCO＋NH3·H2O===MnCO3↓＋NH＋H2O(3)SO2＋2Cu2＋＋2Cl－＋2H2O===2CuCl↓＋SO＋4H＋(4)将CuCl2完全转化为CuCl并防止CuCl的氧化 H2SO4(5)醇洗有利于加快除去CuCl表面水分，并防止其水解和氧化(6)增大氯离子浓度，CuCl＋Cl－[CuCl2]－平衡向右移动，使生成的氯化亚铜又部分转化为[CuCl2]－(7)99.39%解析：(1)低品铜矿中有CuS、Cu2S、FeO，其中处于低价的有＋1价的Cu、－2价的S、＋2价的Fe，均能被氧化。(2)由流程可知所加试剂为NH3·H2O、NH4HCO3，沉淀Mn2＋，生成MnCO3，注意NH4HCO3拆成离子形式。(3)反应Ⅱ主要是利用SO2将Cu2＋还原为CuCl沉淀，四步法写出离子方程式。(4)由题给信息“CuCl在潮湿空气中易水解氧化”，通入过量SO2一是使Cu2＋充分还原，二是防止生成的CuCl氧化，反应中生成的H2SO4可循环利用。(5)“CuCl在潮湿空气中易水解氧化”，利用醇洗便于快速干燥，以快速除去表面水分。(6)由题给信息“c(Cl－)较大时，存在CuCl＋Cl－[CuCl2]－”，部分CuCl转化为[CuCl2]－。(7)沉淀最大时n(Cl－)：n(Cu2＋)＝1：1，设起始时n(Cu2＋)＝1mol，n(Cl－)＝1.1mol，设生成xmolCuCl，由铜元素守恒n[CuCl2]－＝(1－x)mol，剩余n(Cl－)＝[1.1－x－2(1－x)]mol＝(x－0.9)mol，K＝＝＝6.5×10－2，x＝0.9939，最大沉淀率为99.39%。2．碳酸锰(MnCO3)是高性能磁性材料，金属钨是重要的战略物资。由黑钨矿(主要成分为FeWO4、MnWO4，少量SiO2)制取碳酸锰和金属钨的流程如下：已知：①钨酸(H2WO4)酸性很弱，难溶于水，其钠盐易溶于水。②SiO和WO完全沉淀的pH分别为8、5。③草酸(H2C2O4)具有酸性和还原性，能分解。
回答下列问题：(1)将矿石粉碎的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)固体(X)的化学式是________。(3)写出高温焙烧过程中，MnWO4发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)MnO2与硫酸、草酸反应的离子方程式是______________________。测得一定量MnO2完全溶解的时间与温度的关系如图所示，分析控温加热75℃时MnO2溶解所需时间最少的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)滤液Ⅱ调节pH应选择的试剂为________。A．WO3 B．氨水C．稀盐酸D．NaHCO3(6)用Na2CO3溶液沉淀Mn2＋时，应控制MnSO4溶液的pH不超过8，防止生成Mn(OH)2，用Na2CO3溶液沉锰采取的操作方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)增大接触面积，加快反应速率，提高原料的利用率(2)Fe2O3(3)2MnWO4＋2Na2CO3＋O2===2Na2WO4＋2MnO2＋2CO2(4)MnO2＋H2C2O4＋2H＋===Mn2＋＋2CO2↑＋2H2O 75℃以前，温度升高，反应速率加快，所需时间减少；75℃以后，部分草酸分解，导致浓度降低，速率下降，所需时间增多(5)C(6)向硫酸锰溶液中缓慢滴加碳酸钠溶液，边滴边搅拌解析：(1)将矿石粉碎的目的是增大接触面积，加快反应速率，提高原料的利用率。(2)黑钨矿(主要成分为FeWO4、MnWO4，少量SiO2)
，从整个流程看出，滤液1进行的一系列操作中，最终产生金属钨；滤渣1进行处理后，加入盐酸过滤后，得到二氧化锰，那么滤液中含有铁元素，滤液中的铁元素最终加热、蒸干、灼烧后，可以得到氧化铁固体；所以固体(X)的化学式是Fe2O3。(3)高温条件下，MnWO4与Na2CO3、O2共同反应生成Na2WO4、MnO2和CO2，反应的化学方程式：2MnWO4＋2Na2CO3＋O2===2Na2WO4＋2MnO2＋2CO2。(4)MnO2具有氧化性，在酸性条件下，能够把草酸氧化为二氧化碳，反应的离子方程式是MnO2＋H2C2O4＋2H＋===Mn2＋＋2CO2↑＋2H2O；已知草酸(H2C2O4)具有酸性和还原性，能分解；根据图象可知：75℃以前，温度升高，反应速率加快，所需时间减少；75℃以后，部分草酸分解，导致浓度降低，速率下降，所需时间增多。(5)根据信息：①钨酸(H2WO4)酸性很弱，难溶于水，其钠盐易溶于水。②SiO和WO完全沉淀的pH分别为8、5可知，加入盐酸调节溶液的pH，先使SiO变为硅酸沉淀，然后再使WO变为H2WO4沉淀。(6)因Na2CO3溶液水解显碱性，如果溶液的碱性太强，易生成Mn(OH)2沉淀，所以应控制MnSO4溶液的pH不超过8；用Na2CO3溶液沉锰采取的操作方法是向硫酸锰溶液中缓慢滴加碳酸钠溶液，边滴边搅拌。3．铅的单质、氧化物、盐在现代工业中有着重要用途。Ⅰ.铅能形成多种氧化物，如碱性氧化物PbO、酸性氧化物PbO2、类似Fe3O4的Pb3O4。Pb3O4与HNO3发生非氧化还原反应生成一种盐和一种铅氧化物，其反应的化学方程式为________________________________________________________________________。Ⅱ.以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：(1)“酸溶”时，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2反应生成1molPbSO4时转移电子的物质的量为________mol。“酸溶”时所用试剂为H2SO4，能否改用盐酸________(填“是”或“否”)理由是________________________________________________________________________。(如填“是”，此空可不填)。Fe2＋对此过程的催化作用可分为两步反应，第一步反应中Fe2＋对应的产物(中间产物)为________。(2)PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO(s)＋NaOH(aq)NaHPbO2(aq)，其溶解度曲线如图所示。
①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是________(选填序号)。A．减少PbO的损失，提高产品的产率B．重复利用NaOH，提高原料的利用率C．增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率②完成由粗品PbO(所含杂质不溶于NaOH溶液)得到高纯PbO的操作：将粗品PbO溶解在一定量________(填“35%”或“10%”)的NaOH溶液中，加热至110℃，充分溶解后，________(填“趁热过滤”或“蒸发浓缩”)，将所得溶液冷却结晶，过滤、洗涤并干燥得到高纯PbO固体。答案：Ⅰ.Pb3O4＋4HNO3===2Pb(NO3)2＋PbO2＋2H2OⅡ.(1)1 否 盐酸与PbO2反应生成Cl2造成环境污染 Fe3＋(2)①A、B ②35% 趁热过滤解析：Ⅰ.PbO2为酸性氧化物不与HNO3反应，故反应的方程式为Pb3O4＋4HNO3===2Pb(NO3)2＋PbO2＋2H2O。Ⅱ.(1)反应的方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，由此可知生成1molPbSO4时转移电子数为1mol。由PbO2、PbO分析知Pb为变价金属元素，PbO2具有强氧化性，可转化为，故可与盐酸，反应放出Cl2，造成环境污染。由金属活动顺序表知Fe比Pb活泼，故第一步不可能发生Pb＋Fe2＋===Fe＋Pb2＋，推知第一步为Fe2＋与PbO2反应，故中间产物为Fe3＋。(2)①滤液Ⅰ的成分为NaOH、NaHPbO2，循环使用可以提高NaOH的利用率，减少NaHPbO2的损失也减少了PbO的损失提高了产率。②由图可知为提高PbO的溶解度，需选用35%的NaOH溶液，为减少产品的损失，避免其对应物质从溶液中结晶析出，故应趁热过滤。4．据报道，磷酸二氢钾(KH2PO4)大晶体已应用于我国研制的巨型激光器“神光二号”中。利用氟磷灰石(化学式为Ca5P3FO12)制备磷酸二氢钾的工艺流程如下图所示(部分流程步骤已省略)：已知萃取的主要反应原理：KCl＋H3PO4KH2PO4＋HCl；其中，反应产生的HCl易溶于有机萃取剂。请回答下列问题：(1)流程中将氟磷灰石粉碎的目的是
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)不能使用二氧化硅陶瓷材质的沸腾槽的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。(3)副产品N的化学式是________；在得到KH2PO4晶体的一系列操作Ⅲ，其主要包括________________、过滤、洗涤、干燥等。(4)若用1000kg质量分数为50.4%的氟磷灰石(化学式为Ca5P3FO12)来制取磷酸二氢钾晶体，其产率为80%，则理论上可生产KH2PO4的质量为________kg。(5)电解法制备KH2PO4的装置如图所示，该电解装置中，a区属于________区(填“阳极”或“阴极”)，阴极区的电极反应式是________________________________________________________________________。(6)工业上还可以用氟磷灰石与焦炭、石英砂混合，在电炉中加热到1500℃生成白磷，同时逸出SiF4和CO，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。答案：(1)增大氟磷灰石与浓硫酸反应的接触面积，加快化学反应速率(2)4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O(3)NH4Cl 蒸发浓缩、冷却结晶(4)326.4kg(5)阴极 2H＋＋2e－===H2↑(6)4Ca5P3FO12＋21SiO2＋30C20CaSiO3＋3P4＋SiF4↑＋30CO↑解析：氟磷灰石(化学式为Ca5P3FO12)粉碎后加入浓硫酸，反应生成氢氟酸、硫酸钙、磷酸等，加入氯化钾后用有机萃取剂，KCl＋H3PO4KH2PO4＋HCl，反应产生的HCl易溶于有机萃取剂，有机相中含有氯化氢，加入氨水反应生成氯化铵，因此副产品主要为氯化铵，水相中含有KH2PO4，经过一系列操作得到KH2PO4晶体。(1)
流程中将氟磷灰石粉碎，可以增大氟磷灰石与浓硫酸反应的接触面积，加快化学反应速率。(2)根据流程图，反应中生成了氢氟酸，氢氟酸能够与二氧化硅反应，反应的化学方程式为4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O，因此不能使用二氧化硅陶瓷材质的沸腾槽。(3)根据上述分析，副产品N的化学式为NH4Cl；在得到KH2PO4晶体的一系列操作Ⅲ为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。(4)1000kg质量分数为50.4%的氟磷灰石(化学式为Ca5P3FO12)中含有Ca5P3FO12的质量为504kg，根据P元素守恒，理论上可产生KH2PO4的质量为504kg×80%××＝326.4kg。(5)根据图示，应该在a区生成KH2PO4，则钾离子由b区移向a区，则a区属于阴极区；阴极上氢离子放电生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。(6)用氟磷灰石与焦炭、石英砂混合，在电炉中加热到1500℃生成白磷，同时逸出SiF4和CO，反应的化学方程式为4Ca5P3FO12＋21SiO2＋30C20CaSiO3＋3P4＋SiF4↑＋30CO↑。(B组)5．硼镁泥是硼镁矿生产硼砂晶体(Na2B4O7·10H2O)时的废渣，其主要成分是MgO，还含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3、FeO、MnO、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的工艺流程如下：回答下列问题：(1)Na2B4O7·10H2O中B的化合价为________价；Na2B4O7可制备强还原剂NaBH4，写出NaBH4的电子式：________________________________________________________________________。(2)滤渣A中除含有H3BO3外，还含有________；加入硫酸时Na2B4O7发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。(3)滤渣B中含有不溶于稀盐酸，但加热时能溶于浓盐酸的黑色固体，写出生成黑色固体的离子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；加入MgO的目的是________________________________________________________________________。
(4)碱性条件下，阴极上电解NaBO2溶液也可制得硼氢化钠，其电极反应式为________________________________________________________________________；“有效氢含量”(即每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H2的还原能力)可用来衡量含氢还原剂的还原能力，则NaBH4的有效氢含量为________(保留两位有效数字)。答案：(1)＋3 (2)SiO2 Na2B4O7＋H2SO4＋5H2O===Na2SO4＋4H3BO3↓(3)ClO－＋Mn2＋＋H2O===MnO2↓＋Cl－＋2H＋ 调节溶液的pH，使Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀除去(4)BO＋6H2O＋8e－===BH＋8OH－ 0.21解析：由题中信息可知，硼镁泥经硫酸浸取后过滤除去滤渣A，滤渣A主要含H3BO3和SiO2，滤液中主要含MgSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、MnSO4、CaSO4等；滤液中加入NaClO把Fe2＋氧化为Fe3＋、把Mn2＋氧化为MnO2，过滤除去滤渣B，滤渣B主要为MnO2；滤液蒸发浓缩、趁热过滤，除去滤渣C(石膏)，滤液冷却结晶、过滤，即得到MgSO4·7H2O。(1)Na2B4O7·10H2O中Na、H、O的化合价分别为＋1价、＋1价、－2价，故B的化合价为＋3价；NaBH4为离子化合物，其由钠离子和硼氢根离子组成，其电子式为(2)滤渣A中除含有H3BO3外，还含有SiO2；加入硫酸时Na2B4O7发生反应的化学方程式为Na2B4O7＋H2SO4＋5H2O===Na2SO4＋4H3BO3↓。(3)滤渣B中含有不溶于稀盐酸，但加热时能溶于浓盐酸的黑色固体，则此黑色固体是MnO2，生成黑色固体的离子方程式为ClO－＋Mn2＋＋H2O===MnO2↓＋Cl－＋2H＋；加入MgO的目的是调节溶液的pH，使Fe3＋水解转化为氢氧化铁沉淀除去。(4)碱性条件下，阴极上电解NaBO2溶液也可制得NaBH4，其电极反应式为BO＋6H2O＋8e－===BH＋8OH－；NaBH4作为还原剂时，其中H由－1价升高至＋1价，故1molNaBH4可以失去8mol电子，相当于4molH2的还原能力，故NaBH4的有效氢含量为＝0.21。6．某含镍(Ni)废催化剂中主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、碱的杂质。部分金属氢氧化物Ksp近似值如下表所示：
化学式Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Ni(OH)2Ksp近似值10－1710－3910－3410－15现用含镍废催化剂制备NiSO4·7H2O晶体，其流程图如下：回答下列问题：(1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，________________________________________________________________________________________________。(2)“酸浸”所使用的酸为________________________________________________________________________。(3)“净化除杂”需加入H2O2溶液，其作用是____________________。然后调节pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀，列式计算此时的pH。________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)“操作A”为________、过滤、洗涤、干燥，即得产品。(5)NiSO4在强碱性溶液中可被NaClO氧化为NiOOH，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)NiOOH可作为镍氢电池的电极材料，该电池的工作原理如下图所示，其放电时，正极的电极反应式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑(2)稀硫酸(或硫酸、H2SO4)
(3)将Fe2＋氧化为Fe3＋c3(OH－)＝Ksp[Fe(OH)3]/c(Fe3＋)＝10－39/10－5＝10－34，c(OH－)＝10－11.3mol·L－1，则c(H＋)＝Kw/c(OH－)＝10－2.7mol·L－1，pH＝2.7(4)冷却结晶(5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O(6)NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－解析：(1)“碱浸”时除了氧化铝与碱反应外，还会有金属铝与碱反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。(2)根据流程可知，最后产物为硫酸盐，所以“酸浸”所使用的酸为稀硫酸(或硫酸、H2SO4)。(3)从图表信息可知，氢氧化亚铁的Ksp较大，而氢氧化铁Ksp相对较小，因此“净化除杂”需加入H2O2溶液，其作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，易于形成沉淀而除去；然后调节pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀，c3(OH－)＝Ksp[Fe(OH)3]/c(Fe3＋)＝10－39/10－5＝10－34，c(OH－)＝10－11.3mol·L－1，所以c(H＋)＝Kw/c(OH－)＝10－2.7mol·L－1，pH＝2.7。(4)从溶液中得到晶体的操作为蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，即得产品。(5)NiSO4在强碱性溶液中可被NaClO氧化为NiOOH，该反应的离子方程式为2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O。(6)放电时为原电池，正极发生还原反应，NiOOH被还原为Ni(OH)2，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。7．某地菱锰矿的主要成分为MnCO3，还含有少量的FeCO3、CaCO3、MgCO3、Al2O3等杂质，工业上以菱锰矿为原料制备高纯度碳酸锰的流程如图所示：已知：MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋CO2↑＋2NH3↑＋H2O↑(1)焙烧时温度对锰浸取率的影响如图。焙烧时适宜温度为________；800℃以上锰的浸取率偏低，可能原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)净化包含三步：①加入少量MnO2，反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
②加氨水调pH，生成沉淀主要是________________________________________________________________________。③加入NH4F，除去Ca2＋、Mg2＋。(3)碳化结晶中生成MnCO3的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)滴定法测产品纯度Ⅰ.取固体产品1.160g于烧杯中，加入过量稀H2SO4充分振荡，再加入NaOH溶液至碱性，发生反应：2Mn2＋＋O2＋4OH－===2MnO(OH)2；Ⅱ.加入过量KI溶液和适量稀H2SO4，发生反应：MnO(OH)2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋3H2O；Ⅲ.取Ⅱ中混合液的1/10于锥形瓶中，加入淀粉溶液作指示剂，用0.1000mol·L－1Na2S2O3溶液进行滴定，发生反应：2S2O＋I2===S4O＋2I－，滴定终点时消耗Na2S2O3溶液20.00mL。①判断滴定终点的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②假设杂质不参与反应，则产品纯度为________。答案：(1)500℃ 温度过高，NH4Cl分解导致与MnCO3的反应不彻底，使浸取率减小(或MnCO3分解发生其他副反应，使浸取率减小或MnCl2挥发导致Mn损失或高温下锰被氧化成高价态造成浸取率低或高温固体烧结，固体表面积减少等)(2)①MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O ②Fe(OH)3、Al(OH)3(3)Mn2＋＋HCO＋NH3===MnCO3↓＋NH(4)①滴入最后一滴Na2S2O3溶液，溶液蓝色褪去且半分钟内颜色不复原 ②99.14%解析：(1)由图示得到，500℃时，锰的浸取率已经很大，所以选取500℃即可，没有必要选择更高的温度，因为温度越高，能耗越大；温度很高时，浸取率下降，有可能是高温下氯化铵分解使反应的量减少；可能是生成的氯化锰转化为气体离开体系；可能是高温下发生副反应，锰转化为其他化合物。(2)①加入二氧化锰的目的是为了将Fe2＋氧化为Fe3＋，所以方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；②物质中的杂质主要是Fe、Ca、Mg、Al等元素，因为步骤③中除去Ca2＋、Mg2＋，所以步骤②加氨水调pH，是为了除去Fe和Al元素，所以沉淀主要是Fe(OH)3、Al(OH)3。(3)碳化结晶是向氯化锰溶液中加入碳酸氢铵和氨水，得到碳酸锰的固体，所以方程式为Mn2＋＋HCO＋NH3===MnCO3↓＋NH。(4)①取Ⅱ
中混合液的1/10于锥形瓶中，加入淀粉溶液作指示剂，此时溶液显蓝色，用硫代硫酸钠滴定单质碘，终点时，因为碘单质完全反应，所以溶液褪为无色，所以终点的现象为：滴入最后一滴Na2S2O3溶液，溶液蓝色褪去且半分钟内颜色不复原；②根据滴定中的反应得到关系式：2Mn2＋～2MnO(OH)2～2I2～4S2O，滴加的硫代硫酸钠为20mL×0.1mol·L－1÷1000L/mL＝0.002mol，根据关系式Mn2＋为0.001mol，因为是取1/10进行的滴定，所以Mn2＋为0.01mol，氯化锰也是0.01mol，质量为115g·mol－1×0.01mol＝1.15g，质量分数为1.15g÷1.16g×100%＝99.14%。8．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)”或“
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