1、5 个解答题之 工艺流程综合题1(2017全国卷)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为 FeOCr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：回答下列问题：(1)步骤的主要反应为：FeOCr2O3Na 2CO3NaNO 3 Na2CrO4Fe 2O3 CO2NaNO 2 高 温 上述反应配平后 FeOCr2O3 与 NaNO3 的系数比为_。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是_。(2)滤渣 1 中含量最多的金属元素是_，滤渣 2 的主要成分是 _及含硅杂质。(3)步骤调滤液 2 的 pH 使之变_( 填“大”或“小”) ，原因是_(用离子方程式表示 )。(4)有关物
2、质的溶解度如图所示。向“滤液 3”中加入适量 KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到 K2Cr2O7 固体。冷却到 _(填标号)得到的 K2Cr2O7 固体产品最多。a80 B60 c40 D10 步骤的反应类型是_。(5)某工厂用 m1 kg 铬铁矿粉( 含 Cr2O3 40%)制备 K2Cr2O7，最终得到产品 m2 kg，产率为_。解析：(1)1 mol FeOCr2O3 参与反应共失去 7 mol 电子，而 1 mol NaNO3 参与反应得到 2 mol 电子，根据得失电子守恒，二者的系数比 为 27。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应，所以该步骤 不能使用陶瓷容器。 (2)
3、步骤中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣 1，所以滤渣 1 中含量最多的金属元素是 Fe。结 合流程图可知， 滤渣 2 的主要成分是 Al(OH)3 及含硅杂质。(3) 滤液 2 中存在平衡：2CrO 2H ?Cr2O H 2O，H 浓度24 27越大(pH 越小)，越有利于平衡正向移 动，所以步 骤应调节滤 液 2 的 pH 使之变小。(4)根据题图，可知温度越低，K 2Cr2O7 的溶解度越小，析出的重铬酸钾固体越多，即在 10 左右时得到的 K2Cr2O7 固体最多，故 d 项正确。步骤中发生的反应为Na2Cr2O72KCl= =K2Cr2O72NaCl，其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉
4、中 Cr2O3 的物质的量为 ，根据 Cr 元素守恒可求得 K2Cr2O7 的理论质量 m0m1103 g40%152 gmol 1294 gmol1 103 kgg1 kg，所以产品的产率为m1103 g40%152 gmol 1 147m1190100% 100%。m2m0 190m2147m1答案：(1)27 陶瓷在高温下会与 Na2CO3 反应(2)Fe Al(OH) 3(3)小 2CrO 2H ?Cr2O H 2O24 27(4)d 复分解反应(5) 100%190m2147m12(2016全国卷)NaClO 2 是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：回答下
5、列问题：(1)NaClO2 中 Cl 的化合价为_。(2)写出“反应”步骤中生成 ClO2 的化学方程式_。(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去 Mg2 和 Ca2 ，要加入的试剂分别为_、_。 “电解”中阴极反应的主要产物是_。(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量 ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为_，该反应中氧化产物是_。(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克 Cl2 的氧化能力。NaClO 2 的有效氯含量为_。(计算结果保留两位小数)解析：(1)由化合价规则知， NaClO2
6、中 Cl 的化合价为3。(2)由工艺流程图可以看出 SO2、H2SO4、NaClO3为反应物，ClO 2、NaHSO4为生成物，再根据化合价升降法配平得出化学方程式为 SO2H 2SO42NaClO 3=2ClO22NaHSO 4。(3)粗盐水精制时除去 Mg2 通常用 NaOH 溶液，生成氢氧化镁沉淀，过滤除去；除去Ca2 通常用 Na2CO3 溶液，生成碳酸钙沉淀，过滤除去。 电 解时阴极为得电子极，因此 产物的化合价应降低，即生成 NaClO2。(4)由信息“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量 ClO2 知，反应物之一为 ClO2，再由生产工艺流程图知，用的吸收 试剂是 NaOH、H
7、2O2，由生产工艺流程图知产物之一为NaClO2，由 ClO2 生成 NaClO2，Cl 的化合价由4 变为3，化合价降低，ClO 2为氧化剂，则 H2O2为还原剂，化合价升高，生成氧气，再由电子守恒得，此吸收反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 21，该反应中氧化产物是 O2。(5)由信息知，要求出每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克 Cl2 的氧化能力，先求得1 g NaClO2变为 Cl 转移的 电子数为 190.54，再设有 x g Cl2变为 Cl 的氧化能力与 1 g NaClO2 的氧化能力相当，列方程得 190.54x712，解得 x1.57，即 为有效氯含量。答案：(1)3
8、(2)2NaClO 3SO 2H 2SO4=2ClO22NaHSO 4 (3)NaOH 溶液 Na2CO3 溶液 ClO (或 NaClO2) (4)21 O 2 (5)1.57 23(2015全国卷)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5H2O 和 Fe3O4，还有少量 Fe2O3、FeO 、CaO、Al 2O3 和 SiO2 等) 为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如下所示：回答下列问题：(1)写出 Mg2B2O5H2O 与硫酸反应的化学方程式：_。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_(写出两条) 。(2)利用_的磁性，可将其从“浸渣”中
9、分离。 “浸渣 ”中还剩余的物质是_(写化学式)。(3)“净化除杂”需先加 H2O2 溶液，作用是_。然后再调节溶液的 pH约为 5，目的是_。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是_( 填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH 4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为_。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程_。解析：(1)盐跟酸反应生成新盐和新酸，据此可写出 Mg2B2O5H2O 与硫酸反应的化学方程式：Mg 2B2O5H2O2H 2SO4,2MgSO42H 3BO3。可采取升高温度、将矿石粉碎增大接触面积或搅拌等
10、措施，以提高浸出速率。(2)Fe 3O4 具有磁性。 “浸渣”中除含 Fe3O4 外，还含有与 H2SO4 不反 应的 SiO2，以及 CaO 与 H2SO4 反应生成的微溶物 CaSO4。(3)硫酸浸出后的滤液中，含有的主要物质有 MgSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3、H3BO3 等，H 2O2 具有氧化性，因此加入 H2O2 溶液可将其中的 Fe2 氧化为 Fe3 。由工艺流程图可知，最后过滤得到含镁盐母液，因此调节溶液的 pH 约为 5，可使 Fe3 转化为 Fe(OH)3 沉淀、 Al3 转化为Al(OH)3 沉淀。 (4)由(3)分析及最后过滤得到含镁盐母液
11、，可知粗硼酸中的主要杂质应为硫酸镁。 (5)NaBH4 是一种离子化合物，由 Na 与BH 4 构成，其电子式为 。(6)以 H3BO3 与 Mg 为原料可制备单质 B，根据反应物的性质结合质量守恒定律可知，其制备过程中反应的化学方程式为2H3BO3 B2O33H 2O，B 2O33Mg 3MgO2B。= = = = = = = = = = 答案：(1)Mg 2B2O5H2O2H 2SO4 2H3BO32MgSO 4 提高反应温度、减= = = = = 小铁硼矿粉粒径(2)Fe3O4 SiO 2 和 CaSO4(3)将 Fe2 氧化成 Fe3 使 Fe3 与 Al3 形成氢氧化物沉淀而除去(4
12、)(七水 )硫酸镁(5) (6)2H3BO3 B2O3 3H2O、B 2O33Mg 2B3MgO= = = = = = = = = = 化学工艺流程题是高考的必考题型，题目综合性强，难度大，通常以化工生产中流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、实验基本操作、实验步骤的分析、实验方案的评价、产率的计算、K sp 的应用、绿色化学思想的体现等，可以说是真正的学科内综合题，无所不考。(一)记化工术语，明思考角度术语 思考角度研磨减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率搅拌 使反应物充分接触，提高反应或溶解速率水浸 与
13、水接触反应或溶解酸浸与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物灼烧除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质煅烧改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土调节溶液的 pH常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀而除去控制温度 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控制压强 改变速率，影响平衡使用合适的催化剂加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间趁热过滤 提高纯度，减少结晶损失冰水洗涤 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有机物洗涤
14、(乙醇)减少晶体损失，降低因溶质的溶解而引起的损耗加热煮沸 排除溶液中溶解的气体(二)析经典流程，做到触类旁通12017全国卷 Li4Ti5O12 和 LiFePO4 都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为 FeTiO3，还含有少量 MgO、SiO 2 等杂质) 来制备。工艺流程如下：涉及反应“酸浸”后，钛主要以 TiOCl 形式存在，其反应的离子方程式为24FeTiO34H 4Cl =Fe2 TiOCl H 2O24由 FePO4 制备 LiFePO4 的化学方程式为2FePO4Li 2CO3H 2C2O4 2LiFePO43CO 2H 2O= = = = =高 温 22017海
15、南高考 以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取 MgSO47H2O 的过程如图所示：硼镁泥的主要成分如下表：MgO SiO2 FeO、Fe 2O3 CaO Al2O3 B2O330%40% 20%25% 5%15% 2%3% 1%2% 1%2%涉及反应酸解中发生主要的离子方程式为MgO2H =Mg2 H 2OFeO2H =Fe2 H 2OFe2O3 6H =2Fe3 3H 2OAl2O36H =2Al3 3H 2O除杂中发生的主要的离子方程式为2H ClO 2Fe 2 =2Fe3 Cl H 2O2Fe3 3MgO3H 2O=2Fe(OH)33Mg 22Al3 3MgO3H 2O=2Al(OH)
16、33Mg 232016海南高考 某废催化剂含 58.2%的 SiO2、21.0%的 ZnO、4.5%的 ZnS 和12.8%的 CuS。某同学用 15.0 g 该废催化剂为原料，回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下：涉及反应ZnO H2SO4=ZnSO4H 2OZnSH 2SO4=ZnSO4H 2SCuSH 2O2H 2SO4=CuSO4S2H 2O42015全国卷 实验室用 NH4Cl、盐酸、NaClO 2(亚氯酸钠 )为原料，通过以下过程制备 ClO2：涉及反应电解时发生反应的化学方程式为NH4Cl2HCl 3H2NCl 3= = = = =电 解 制备 ClO2 的化学方程式为6NaCl
17、O2NCl 33H 2O=6ClO2NH 33NaCl 3NaOH52013全国卷 锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO 2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为 6CxLi xe =LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。涉及反应正极碱浸的离子方程式：2Al2OH 2H 2O=2AlO 3H 2 2酸浸中发生的主要氧化还原反应方程式为2LiCoO23H 2SO4H 2O2=Li2SO42CoSO 4O 24H 2O“沉钴”过程中发生反应的化学方程式为CoSO42NH 4HCO3=C
18、oCO3(NH 4)2SO4H 2OCO 262013全国卷 氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌 含有 Fe()、Mn( ) 、Ni()等杂质 的流程如下：提示：在本实验条件下，Ni() 不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是 MnO2。涉及反应反应 b 中发生的离子方程式为MnO 3Fe 2 7H 2O=3Fe(OH)3MnO 25H 42MnO 3Mn 2 2H 2O=5MnO24H 4反应 d 中发生的离子方程式为CO Zn 2 =ZnCO323反应 e 中发生的反应为ZnCO3 ZnOCO 2= = = = =煅 烧 (三)学解题策略，快速精准作答1审题方法审题
19、时要弄懂流程图中涉及的反应原理、反应条件的控制以及物质的分离等。明确流程图中箭头方向和含义。流程图中箭头进入的是反应物(投料 )，箭头出去的是生成物(产物、副产物) ，返回的箭头一般是 “循环利用”的物质。图中一般会出现陌生知识，要读懂题给文字、表格信息以及设问中的提示性信息，并分析和解题中随时进行联系、调用。2解题策略解题步骤 解题策略明确目的找出“两料”仔细阅读题头，明确工艺流程的目的。对照流程找出原料和辅料。细审流程分段剖析以核心辅助原料为准，把流程分为原料预处理、核心化学反应、产品分离提纯三个阶段。依据箭头指向，分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用，融通对流程的整体分
20、析。某些暂时琢磨不透的环节，可先“淡化处理” ，不必过多在此占用时间，如在解题过程需要用到此知识，再回头看看。规范答题先易后难结合题目要求，充分利用题给信息，分析每问，规范解答。先易后难：确保易拿的分数先拿，最后难拿的题目，再带着问题回看流程进行有针对的分析。题型一 物质制备类工艺流程1物质制备过程中反应条件的控制(1)溶液的 pH控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。a控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3 、Mn2 溶液中含有的 Fe2 ，先用氧化 剂把 Fe2 氧化为 Fe3 ，再调溶
21、液的 pH。b调节 pH 所需的物质一般应满足两点：能与 H 反应，使溶液 pH 增大；不引入新杂质。例如：若要除去 Cu2 溶液中混有的 Fe3 ，可加入 CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3 等物质来调节溶液的 pH。(2)温度加热的目的 加快反应速率或促进平衡向某个方向移动降温的目的 防止某物质在高温时会溶解或为了使化学平衡向题目要求的方向移动(3)浓度根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动有利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响。反应物过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但对后续操作也会产生影响。(4)压强：改变反应速率，使平衡向需要的方向移
22、动。(5)催化剂：选择合适的催化剂，能加快反应速率。2获得产品阶段的常用操作(1)洗涤(冰水、热水)：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；乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。(2)蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出 FeCl3、AlCl3、MgCl2 等溶质时，应在HCl 的气流中加热，以防其水解。(3)蒸发浓缩、冷却结晶：如 K2Cr2O7 和少量 NaCl 的混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是 K2Cr2O7，母液中是 NaCl 和少量 K2Cr2O7，这样就可分离出大部分 K2Cr2O7；同样原理可除去 KNO3 中
23、的少量 NaCl。(4)蒸发结晶、趁热过滤：如 NaCl 和少量 K2Cr2O7 的混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是 NaCl，母液中是少量 K2Cr2O7 和 NaCl；同样原理可除去 NaCl中的少量 KNO3。典例 硼镁泥是一种工业废料，主要成分是 MgO(占 40%)，还有CaO、MnO、Fe 2O3、FeO 、Al 2O3、SiO 2 等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业。从硼镁泥中提取 MgSO47H2O 的流程如图所示。已知，某些氢氧化物沉淀的 pH 如表所示。氢氧化物 开始沉淀时的 pH 完全沉淀时的 pHMg(OH)2 9.3 10
24、.8Fe(OH)2 7.6 9.6Fe(OH)3 2.7 3.7Al(OH)3 3.7 4.7请回答下列问题：(1)在“酸解”过程中，欲加快“酸解”时的化学反应速率，请提出两种可行的措施：_。(2)加入的 NaClO 可与 Mn2 反应：Mn 2 ClO H 2O=MnO22H Cl ，还有一种离子也会被 NaClO 氧化，并发生水解，该反应的离子方程式为_。(3)“滤渣”的主要成分除 Fe(OH)3、Al(OH) 3、MnO 2 外，还有_。(4)已知不同温度下 MgSO4、CaSO 4 的溶解度如表所示。温度/ 40 50 60 70MgSO4 的溶解度/g 30.9 33.4 35.6
25、36.9CaSO4 的溶解度 /g 0.210 0.207 0.201 0.193“除钙”是将 MgSO4 和 CaSO4 混合溶液中的 CaSO4 除去，根据表中数据，简要说明操作步骤：蒸发浓缩、_。 “操作”是将滤液继续蒸发浓缩、冷却结晶、_，便可得到 MgSO47H2O。(5)实验中提供的硼镁泥共 100 g，得到的 MgSO47H2O 为 172.2 g，计算MgSO47H2O 的产率：_ 。(6)金属镁可用于自然水体中铁件的电化学防腐，完成防腐示意图，并作相应标注。解题流程第一步：明确目的，找出“两料”目的：硼镁泥制备 MgSO47H2O原料：硼镁泥包括 MgO、CaO、MnO、Fe
26、2O3、FeO、Al2O3、SiO2 等辅料：硫酸、NaClO第二步：细审流程，分段剖析第三步：规范答题，先易后难(1)加快“酸解”过程是化学反应速率问题，故可采用增大浓度、升高温度、增大反应物的接触面积等。(2)在酸性条件下，ClO 可将 Fe2 氧化为 Fe3 ，而 ClO 被 还原为 Cl ；生成的 Fe3 水解生成 Fe(OH)3，其离子方程式可写为 2Fe2 ClO 5H 2O=2Fe(OH)3Cl 4H 。(3)由于该硼镁泥中有 MgO、CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2 等物质，所以 “酸解”后生成的阳离子有 Mg2 、Ca2 、Mn2 、Fe3 、Fe2
27、、Al3 等，不溶物为 SiO2，Mn2 被氧化为 MnO2，Fe2 被氧化为 Fe3 ，根据第一个表格中数据可知，Fe(OH) 3、Al(OH)3 完全沉淀的pH 均小于 5，所以 调节溶液 pH 为 56 时，Fe 3 、Al3 分 别生成沉淀 Fe(OH)3、Al(OH)3，综上所述，滤渣为 Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2、SiO2。(4)由温度对 MgSO4、CaSO4 的溶解度影响可以看出，温度越高， CaSO4 的溶解度越小，可以采用蒸发浓缩、趁热过滤 的方法除去 CaSO4；操作是将 滤液继续蒸发浓缩、冷却 结晶，再经过滤洗涤，得到 MgSO47H2O。(5)100 g
28、 硼镁泥中 MgO 的物质的量为 100 g40%40 gmol1 1 mol，根据镁元素守恒，生成的 MgSO47H2O 的物质的量为 1 mol，质量为 246 gmol1 1 mol246 g，产率为172.2 g246 g100%70%。(6)电化学防腐有两种方法，一是牺牲阳极的阴极保护法，也就是用相对活泼的金属作负极，铁作正极；另一种是外接电 源的保护法，也就是将 铁连 接电源的负极，作为电解池的阴极。答案 (1)适当升高温度、把硼镁泥粉碎(或搅拌、适当增大硫酸浓度) (2)2Fe2 ClO 5H2O=2Fe(OH)3Cl 4H (3)SiO 2 (4)趁热过滤 过滤洗涤( 或过滤)
29、 (5)70%(6) 或针对训练1一种带有多孔结构的镍铝合金对 H2 有着较强的吸附性，其高催化活性和热稳定性使该镍铝合金被广泛用于工业生产和有机合成反应中。以镍黄铁矿(主要成分为 NiS、FeS等)为原料制备该镍铝合金的工艺流程如图所示。回答下列有关问题：(1)Ni(CO)4 中 C、O 化合价与 CO 中的 C、O 化合价相同，则 Ni 的化合价为_。(2)在空气中“煅烧”镍黄铁矿生成 Ni2O3 和 Fe2O3，写出生成 Fe2O3 的化学方程式：_。(3)操作“镍 Ni(CO)4 镍”的目的是_。 CO 加 热 (4)Ni、Al 高温熔融时，通入 Ar 的作用是_。高温熔融物冷却后，需
30、要进行粉碎处理，粉碎的目的是_。(5)“碱浸”可以使镍产生多孔结构，从而增强对 H2 的吸附性， “浸出液”中的离子主要有_；“浸出液”中的铝元素可循环利用，写出回收“浸出液”中铝元素，并制备“高温熔融”时的原料 Al 的流程。(示例：CuO Cu2 Cu) H Fe 解析：(1)CO 中的 C、O 化合价分别为2、2，故 Ni(CO)4 中 Ni 的化合价为 0。(2)根据题目提示信息可知，反应物 为 FeS 和 O2，而生成物之一为 Fe2O3，故另外一种生成物为SO2。(3)操作“镍 Ni(CO)4 镍”中前面的镍为粗镍，故该过程为镍的提纯过程。 CO 加 热 (4)熔融过程中 Ni、A
31、l 易被空气中的氧气氧化，故通入 Ar 的目的是防止 Ni、Al 被氧化。化工生产中，将固体物质粉碎可增大固体与液体或气体的接触面积，从而提高后 续反应的反应速率，同时可提高原料转化率。(5)“碱浸”过程中发生反应的离子方程式为2Al2OH 2H 2O=2AlO 3H 2，故“浸出液”中的离子主要有 2Na 、AlO 、OH 。AlO 与足量的 CO2 反应可生成 Al(OH)3 沉淀， 该沉淀受热可分解生 2 2成 Al2O3，加入冰晶石条件下，电解熔融的 Al2O3 可制备 Al。答案：(1)0 (2)4FeS7O 2 2Fe2O34SO 2= = = = =煅 烧 (3)提纯镍(4)保护
32、 Ni、Al，防止其被氧化 提高“碱浸”的反应速率和原料的转化率(5)Na 、AlO 、OH 浸出液 Al(OH)3 Al2O3 Al 2 足 量 CO2 冰 晶 石 、电 解 熔 融 题型二 物质提纯类工艺流程1物质分离、提纯的六种物理方法2物质分离、提纯的八种化学方法典例 (2016全国卷)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V 2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收 V2O5 既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3质量分 2.22.9 2.83.1 2228 6065 12 1数/%以下是一
33、种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问题：(1)“酸浸”时 V2O5 转化为 VO ，反应的离子方程式为 _， 2同时 V2O4 转化成 VO2 。 “废渣 1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使 3 mol 的 VO2 变为 VO ，则需要氧化剂 KClO3 至少为_ 2mol。(3)“中和”作用之一是使钒以 V4O 形式存在于溶液中。 “废渣 2”中含有412_。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROHV 4O R4V4O124OH (ROH 为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效412 ?离 子 交 换 洗 脱率，淋洗液应该呈_性( 填“酸” “碱”或“中”) 。(5)“流出
34、液”中阳离子最多的是_。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH 4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：_。解题流程第一步：明确目的，找出“两料”目的：从废钒催化剂中回收提纯 V2O5。原材料：废钒催化剂(含有 V2O5、V2O4、K2SO4、SiO2、Fe2O3、Al2O3)。辅料：H 2SO4、KClO3、KOH、NH4Cl第二步：细审流程， 分段剖析拆分工艺流程，明确每一步转 化的反应原理及目的，并能 书 写部分反应化学方程式。(1)分析工艺流程：(2)明确每步转化目的与原理：“酸浸 ”的目的是将 V2O5转化为 VO ，其反 应的离子方程式： V2O52H =2VO 2H 2O。
35、加入 H2SO4 可将原材料废钒催化剂中的 Fe2O3、Al2O3转化成可溶性 Fe2(SO4) 23、Al2(SO4)3，而 SiO2 与 H2SO4 不反应，存在于废渣 1 中。“氧化 ”的目的是用 KClO3 将 VO2 转变成 VO ，反应的离子方程式为 26VO2 ClO 3H 2O=6VO Cl 6H 。 3 2“中和 ”的目的是用 KOH 将氧化得到的 VO 转变成 V4O 存在于溶液中，同 2 412时 KOH 能将溶液中的 Fe3 、Al3 转化成 Fe(OH)3、Al(OH)3 而留存在废渣 2 中。“洗脱 ”的目的 让 V4O 更多地存在于溶液中，防止转化成 R4V4O1
36、2，造成钒的损412失。“沉 钒”的目的可由 问题(6) 得到，即 V4O 与 NH4Cl 作用得到的偏钒酸铵412(NH4VO3)是一种 难溶于水的沉淀。“煅 烧”的目的是将偏 钒酸铵分解生成 V2O5。第三步：规范答题，先易后难(1)反应过程中 V 的化合价不 变，所以是复分解反 应。注意 V2O5 在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，成为废渣 1 的主要成分。(2)3 mol VO2 变为 VO ，共失去 mol 电子，而 1 mol ClO 变为 Cl 得到 mol 电子， 2 3 3 6所以需要 0.5 mol 氯酸钾。(3)中和时，Fe 3 、Al3 分别
37、转化为难溶的 Fe(OH)3 和 Al(OH)3，成为废渣 2 的主要成分。(4)为提高洗脱效率，须使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越有利于平衡逆向移动，所以淋洗液 应该呈碱性。(5)经过“离子交换” ，钒以 R4V4O12 形式存在，而铁、 铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是 钾离子。(6)由 NH4VO3转化为 V2O5，V 的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N 的化合价仍为3，一种生成物是 NH3，另一种生成物必定是 H2O。答案 (1)V 2O52H =2VO H 2O SiO 2 2(2)0.5 (3)Fe(OH) 3 和
38、Al(OH)3 (4)碱(5)K (6)2NH 4VO3 V2O52NH 3H 2O= = = = =高 温 针对训练2(2017潍坊二模)碳酸钠在轻工、建材、纺织、国防、医药等工业中有重要的应用。(1)工业碳酸钠(纯度约为 98%)中含有 Ca2 、Mg 2 、Fe 3 、Cl 和 SO 等杂质，提24纯工艺流程如下：碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如下所示请回答下列问题：试剂 A 是_， “母液 ”中除了含有 Na 、CO 、OH 离子外，还含有23_等离子，过滤要“趁热”的目的是_。检验试剂级 Na2CO3 中 Cl 、SO 是否除尽，选用的试剂及加入的先后次序是24_(填字母)。
39、aHCl、BaCl 2、AgNO 3bAgNO 3、HNO 3、Ba(NO 3)2cHNO 3、Ba(NO 3)2、AgNO 3dAgNO 3、HCl、BaCl 2(2)“侯氏制碱法”的原理：NaCl NH 3CO 2H 2O=NaHCO3NH 4Cl下图是某兴趣小组在实验室中模拟“侯氏制碱法”制取 NaHCO3 所用到的主要装置。请回答下列问题：各仪器口的连接顺序为 a 接_、_接_，_接 b，实验时先向饱和 NaCl 溶液中通入较多的 NH3，再通入足量的 CO2，其原因是_( 填字母) 。a使 CO2 更易被吸收bNH 3 比 CO2 更易制取cCO 2 的密度比 NH3 大将生成的 N
40、aHCO3 晶体从混合物中分离出来需要的玻璃仪器是_。该兴趣小组用如图比较 C、 N、Si 三种元素的非金属性强弱，B 中的试剂是_，能说明碳的非金属性比硅强的实验现象是_。解析：(1)因工业碳酸钠中含有 Mg2 、Fe3 、Ca2 ，所以可加入过量的 NaOH 溶液，生成 Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)3 沉淀，从而除去其中混有的 Ca2 、Fe3 、Mg2 ，则“母液”中除了含有Na 、CO 、OH 离子外，还含有氯离子，硫酸根离子。根据析出晶体与温度的关系，欲使23析出的晶体为 Na2CO3H2O，防止因温度过低而析出 Na2CO310H2O 晶体或 Na2CO37H2O晶
41、体，应该趁热过滤是提高 Na2CO3H2O 晶体的含量。 a 项，先加 HCl 引入了 Cl ，错误；b 项，先加 AgNO3，AgNO3 与 CO 、Cl 、SO 都产生沉淀，无法判断 Cl 是否除净， 错23 24误；c 项，先加入硝酸和碳酸 钠 反应，再加入硝酸 钡检验是否含有硫酸根离子，最后用硝酸银溶液检验是否含有氯离子，正确； d 项，按照 试剂 AgNO3、HCl、BaCl2顺序加入，硝酸 银与碳酸根离子、氯离子、硫酸根离子都会沉淀，加入盐酸后氯离子无法检出，错误；(2)由于CO2 在水中的溶解度小，而氨气极易溶于水，因此先通入氨气，然后再通入 CO2。由于氨气极易溶于水需要防止倒
42、吸，因此 c 通入 NH3，d 通入 CO2，装置 A 制备的二氧化碳气体中含有氯化氢气体，需要通过饱和碳酸 氢钠溶液除去，装置 仪器接口的 连接顺序为：aefdcb 。先通入氨气，氨气与水形成呈碱性的氨水可与二氧化碳与水生成的碳酸发生反应，更有利于二氧化碳气体的吸收，故选 a。生成的 NaHCO3 晶体从混合物中分离出来的操作 为过滤、洗涤，玻璃仪器为烧杯、玻璃棒、漏斗； 酸性强的可以制备酸性弱的，故装置中的试剂分别为：分液漏斗中为硝酸，A 中为大理石，硝酸和碳酸 钙反应生成二氧化碳，硝酸酸性大于碳酸，为避免挥发出硝酸干扰，二氧化碳通 过饱和碳酸氢钠溶液除去硝酸蒸气，能说明碳的非金属性比硅强
43、的实验现象是：二氧化碳气体通入烧杯中的硅酸钠溶液，生成白色胶状沉淀硅酸。答案：(1)氢氧化钠溶液或 NaOH 溶液 Cl 、SO (H )24提高 Na2CO3H2O 的含量 c(2)e、f、d、 c a 烧杯、玻璃棒、漏斗饱和 NaHCO3 溶液 C 中生成白色胶状物质课堂练练熟方法1某煤矿筛选煤后的废弃煤矸石中主要含有 SiO2、Al 2O3、Fe 2O3，利用该煤矸石可生产金属 Al 及红色颜料 Fe2O3。其生产工艺流程如下图所示：回答下列问题：(1)将煤矸石进行粉碎，使粉末状的煤矸石在盐酸中酸浸，煤矸石粉碎操作的目的是_， “酸浸”操作后的溶液中阳离子除 H 外，还有_。(2)残渣主要成分的化学式为_，写出该物质的一种用途：_。(3)“转化”操作加入 NH3 的作用是_。(4)“碱溶”操作中发生化学反
