1、(三) 化工生产与工艺流程1工业制硫酸的尾气中含有一定量 SO2，处理尾气的手段除了氨吸收法以外还有以下几种方法。(一)工业实际吸收过程中，第步常采用浓苛性钠溶液吸收其中的 SO2，然后向生成溶液中加入熟石灰，充分反应后将生成产物分离后再经氧化后制得产品 A。Na2SO3 产品 A尾 气（ 含 SO2） 苛 性 钠 溶 液 Ca（ OH） 2 O2 (1)产品 A 是_(填化学式)。(2)有人提出将第步中的浓苛性钠溶液换成同温度下饱和 Ca(OH)2溶液直接制得产品CaSO3，你认为是否可行？_(填“可以” “不可以”或“不确定”)，原因是_。(二)制备 MnSO4H2O：SO 2还原 MnO
2、2矿制备 MnSO4H2O，过程如下：已知 25 时部分物质的溶度积常数如表：物质 Mn(OH)2 Fe(OH)3 Cu(OH)2 MnS FeS CuS溶度积2.110134.010382.210231.010116.310186.31038(3)还原时，若尾气中 SO2含量为 4.48%，除去标准状况下 1 m3尾气至少需要含锰质量分数为 55%的 MnO2矿粉_ g。(4)除铁时加入碳酸钙，发生反应的离子方程式为_。(5)试剂 A 最好是_(填化学式)。(6)操作的名称为_。MnSO 4H2O 在 1 150 高温下易分解，产物是 Mn3O4、含硫化合物、水，在该条件下硫酸锰晶体分解反应
3、的化学方程式是_。解析：(1)流程发生的反应是二氧化硫和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和水，亚硫酸钠和氢氧化钙反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙被氧气氧化为硫酸钙，化学式为 CaSO4。(2)将第步中的浓苛性钠溶液换成同温度下饱和 Ca(OH)2溶液直接制得产品 CaSO3，由于氢氧化钙溶解度小对二氧化硫吸收不完全，所以不可以。(3)1 m3尾气含有 SO2：1 000 L4.48%22.4 Lmol1 2 mol；需要含锰质量分数为 55%的 MnO2矿粉 x gMnO2 SO 2 H 2O=MnSO4H2O87 g 1 molx g55% 2 mol8755x200。(4)除铁发生的反应是利用铁离子在
4、pH6.5 时全部沉淀除去，三价铁离子水解生成氢氧化铁和氢离子，加入碳酸钙会和氢离子反应，使 pH 升高到 6.5，反应的离子方程式为2Fe3 3H 2O3CaCO 3=2Fe(OH)33CO 23Ca 2 。(5)MnS 比 CuS 易溶，利用沉淀转化可用 MnS 除去 Cu2 。(6)操作是依据流程得到硫酸锰溶液中的溶质晶体，采取的措施是蒸发浓缩、冷却结晶；MnSO 4H2O 在 1 150 高温下易分解，产物是 Mn3O4、含硫化合物、水，依据电子守恒可知，3MnSO 4H2OMn 3O42e ；3MnSO 4H2OSO 26e ；所以生成的硫的化合物是二氧化硫和三氧化硫，依据原子守恒配
5、平化学方程式为3MnSO4H2O Mn3O4SO 22SO 33H 2O。= = = = =高 温 答案：(1)CaSO 4 (2)不可以 Ca(OH) 2在水中溶解度较小， c(OH )太低，吸收效率不高 (3)200(4)2Fe3 3H 2O3CaCO 3=2Fe(OH)33CO 23Ca 2 或 Fe3 3H 2OFe(OH)33H 2H CaCO 3=Ca2 CO 2H 2O (5)MnS (6)蒸发浓缩，冷却结晶 3MnSO4H2O Mn3O4SO 22SO 33H 2O= = = = =高 温 2三氧化二镍(Ni 2O3)是一种灰黑色无气味有光泽的块状物，易碎成细粉末，常用于制造高
6、能电池。工业上以金属镍废料生产 NiCl2，继而生产 Ni2O3的工艺流程如下：下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的 pH(开始沉淀的 pH 按金属离子浓度为1.0 molL1 计算)。氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Ni(OH)2开始沉淀的 pH 1.8 5.8 3.0 7.1沉淀完全的 pH 3.2 8.8 5.0 9.2(1)为了提高金属镍废料浸出的速率，在“酸浸”时可采取的措施有适当升高温度；搅拌；_等。(2)酸浸后的酸性溶液中含有 Ni2 、Cl ，另含有少量 Fe2 、Fe 3 、Al 3 等。沉镍前需加 Na2CO3控制溶液 pH 范围为_。(3)从
7、滤液 A 中可回收利用的主要物质是 Na2CO3和_。(4)“氧化”生成 Ni2O3的离子方程式为_。(5)工业上用镍为阳极，电解 0.050.1 molL1 NiCl2溶液与一定量 NH4Cl 组成的混合溶液，可得到高纯度、球形的超细镍粉。当其他条件一定时，NH 4Cl 的浓度对阴极电流效率及镍的成粉率的影响如图所示，则 NH4Cl 的浓度最好控制为_。(6)如果在“沉镍”步骤把 Na2CO3改为加草酸，则可以制得草酸镍晶体(NiC 2O42H2O)。草酸镍晶体在热空气中干燥脱水后在高温下煅烧三小时，可以制得 Ni2O3，同时获得混合气体。草酸镍晶体受热分解的化学方程式为_。解析：(1)为了
8、提高金属镍废料浸出的速率，还可以增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末等)。(2)沉镍前要将铝离子和铁离子沉淀完全，而镍离子不能产生沉淀，所以溶液的pH 控制在 5.07.1。(3)滤液 A 中还主要含有氯化钠，可回收利用。(4)Cl 由1 价降低到1 价，即反应生成 NaCl，而 Ni 由2 价升高到3 价，生成 Ni2O3，反应离子方程式为2Ni2 ClO 4OH =Ni2O3Cl 2H 2O。(5)根据图示可知，NH 4Cl 的浓度为 10 gL1 时，镍的成粉率最高，所以 NH4Cl 的浓度最好控制为 10 gL1 。(6)草酸镍(NiC2O42H2O)在热空气中干燥脱水后生成 NiC2O
9、4，NiC 2O4再发生氧化还原反应(Ni 由2 价升高到3 价，则 C 由3 价降低到2 价，题中要求生成混合气体，则另一气体为 CO2)生成 Ni2O3、CO、CO 2，再利用化合价升降相等，Ni：升高 2(32)，C：升高 1(43)，C：降低：3(32)，配平方程式为2NiC2O42H2O Ni2O33COCO 24H 2O。= = = = =高 温 答案：(1)增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末等)(2)5.07.1 (3)NaCl (4)2Ni 2 ClO 4OH =Ni2O3Cl 2H 2O (5)10 gL1(6)2NiC2O42H2O Ni2O33COCO 24H 2O= =
10、 = = =高 温 3电石广泛应用于生产 PVC、维尼纶等，电石与水反应所得残渣电石渣，主要含Ca(OH)2、CaCO 3及少量其他杂质。某工业电石渣的几种回收利用流程如下：几种物质在水中的溶解度曲线如图所示。回答下列问题：(1)常温氯化反应的化学方程式是_。为提高 Cl2转化为 Ca(ClO)2的转化率，可行的措施有_(填序号)。A加热升高温度B适当减缓通入 Cl2的速率C充分搅拌浆料D加水使 Ca(OH)2完全溶解电石渣中的有害杂质 CN 与 ClO 反应转化为两种无害的气体，每转化 1 mol CN 至少需要消耗氧化剂 ClO _ mol。(2)75 氯化生成氯酸钙中氯的化合价为_，氯化
11、完成后过滤，滤渣的主要成分为_(填化学式)。氯酸钙能与 KCl 反应转化为氯酸钾的原因是_。(3)有机反应首先生成氯代乙醇，其结构简式为_，氯代乙醇再与 Ca(OH)2反应生产环氧乙烷。总反应的化学方程式是_。解析：(1)常温氯化，Cl 2与 Ca(OH)2发生反应得到漂白液。加热升高温度，Ca(OH) 2的溶解度降低，同时促进 ClO 水解及 HClO 分解，则 Cl2的转化率也降低，A 项不符合题意；适当减缓通入 Cl2的速率，等效于增大 Ca(OH)2的浓度，Cl 2的转化率增大，B 项符合题意；充分搅拌浆料，能使反应完全，Cl 2的转化率增大，C 项符合题意；加水使 Ca(OH)2完全
12、溶解，不能改变 Cl2的转化率，D 项不符合题意。根据题意，CN 与 ClO 反应转化为 CO2和 N2，CN 中 C、N 分别为2 价、3 价，1 mol CN 失去 5 mol 电子，而 ClO 转化为Cl ，1 mol ClO 得到 2 mol 电子，根据得失电子守恒，则每转化 1 mol CN 至少需要消耗氧化剂 ClO 2.5 mol。(2)Ca(ClO 3)2中 Cl 的化合价为5。氯化完成后过滤，得到的滤渣的主要成分为 CaCO3、Ca(OH) 2。根据题图知，75 时氯酸钾的溶解度比氯酸钙、氯化钾、氯化钙都小得多，故氯酸钙与 KCl 能发生反应：Ca(ClO 3)22KCl C
13、aCl22KClO 3。(3)氯代乙醇为氯原子取代乙醇分子中乙基上的氢原= = = = = 子，根据“氯代乙醇再与 Ca(OH)2反应生产环氧乙烷” ，则氯原子应取代甲基上的氢原子，故氯代乙醇的结构简式为 ClCH2CH2OH，总反应的化学方程式为 CH2=CH2Cl 2Ca(OH)2 H 2COCH2CaCl 2H 2O。答案：(1)2Cl 22Ca(OH) 2=CaCl2Ca(ClO) 22H 2O BC 2.5(2)5 CaCO 3、Ca(OH) 2 75 ，氯酸钾的溶解度比氯酸钙、氯化钾、氯化钙都小得多(3)ClCH2CH2OH CH 2=CH2Cl 2Ca(OH) 2 H 2COCH
14、2CaCl 2H 2O4锂被誉为“金属味精” ，以 LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以 锂辉矿(主要成分为 LiAlSi2O6，还含有 FeO、MgO、CaO 等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的 pH：氢氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mg(OH)2开始沉淀时的 pH 1.9 3.4 9.1完全沉淀时的 pH 3.2 4.7 11.1Li 2CO3在不同温度下的溶解度如下表：温度/ 0 10 20 50 75 100Li2CO3的溶解度/g 1.539 1.406 1.329 1.181 0.866
15、 0.728请回答下列问题：(1)用氧化物形式表示 LiAlSi2O6的组成_。(2)反应加入碳酸钙的作用是_。(3)写出反应中生成沉淀 A 的离子方程式_。(4)洗涤所得 Li2CO3沉淀要使用_(填“热水”或“冷水”)，理由是_。(5)流程中两次使用了 Na2CO3溶液，第一次浓度小，第二次浓度大的原因是_。(6)该工艺中，电解熔融氯化锂生产锂时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是_。解析：(1)硅酸盐既可以用盐的形式表示，也可以用氧化物的形式表示。在用氧化物表示时，先写活泼金属的氧化物，再写较活泼金属的氧化物，最后写非金属的氧化物，并且要符合质量守恒定律。LiAlSi 2O6可表示为
16、 Li2OAl2O34SiO2。(2)反应加入碳酸钙是为了除去反应中过量的 H2SO4；控制 pH，使 Fe3 、Al 3 完全沉淀。(3)根据框图中物质之间的转化关系可知，反应中生成沉淀 A 的离子方程式为 Mg2 2OH =Mg(OH)2、Ca 2 CO=CaCO3。(4)因为 Li2CO3的溶解度随温度的升高而降低，所以洗涤 Li2CO3沉淀要使23用热水，这样可减少 Li2CO3的溶解损耗。(5)若第一次碳酸钠溶液浓度过大，则部分 Li 会形成沉淀，而第二次碳酸钠溶液浓度大，则有利于 Li2CO3沉淀的生成。(6)因为在加热蒸干 LiCl 溶液时，有少量 LiCl 发生水解反应生成 L
17、iOH，LiOH 受热分解生成 Li2O，Li 2O 在电解时产生 O2。因此电解 LiCl 时，阳极产生的氯气中常含有少量的 O2。答案：(1)Li 2OAl2O34SiO2(2)除去反应中过量的 H2SO4；控制 pH，使 Fe3 、Al 3 完全沉淀(3)Mg2 2OH =Mg(OH)2、Ca 2 CO =CaCO323(4)热水 Li 2CO3在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少 Li2CO3的损耗(5)第一次浓度过大会使部分 Li 沉淀，第二次浓度大则有利于 Li2CO3沉淀的生成(6)加热蒸干 LiCl 溶液时，有少量 LiCl 水解生成 LiOH，LiOH 受热分解生成 Li2
18、O，电解时产生 O25Mn(H 2PO4)22H2O 是一种白色晶体，易溶于水，常用于机械设备的磷化处理。以软锰矿(主要成分为 MnO2，还含有少量的 Fe2O3、FeO 和 Al2O3)为原料制备 Mn(H2PO4)22H2O 的流程如下：(1)软锰矿要先制成矿浆的目的是_，葡萄糖(C 6H12O6)与 MnO2反应时，产物为 MnSO4、CO 2和 H2O，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。(2)用 H2O2溶液“氧化”时发生反应的离子方程式为_。(3)已知几种金属离子的氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的 pH 如表， “调 pH 并过滤”时，应调整的 pH 范围为_，滤渣 1 的主要成
19、分为_(填化学式)。金属离子 开始沉淀的 pH 完全沉淀的 pHFe3 1.8 3.2Al3 3.0 5.0Fe2 5.8 8.8Mn2 7.8 9.8(4)加入磷酸后发生反应的化学方程式为_。(5)某工厂用上述流程制备 Mn(H2PO4)22H2O，已知软锰矿中 MnO2的含量为 87%，整个流程中锰元素的损耗率为 9%，则 1 吨该软锰矿可制得 Mn(H2PO4)22H2O_ t。解析：(1)软锰矿要先制成矿浆，可以增大反应物接触面积，加快反应速率，提高原料利用率；葡萄糖( C6H12O6)与 MnO2反应时，产物为 MnSO4、 CO2和 H2O，反应中 MnO2中 Mn 的化合价由4
20、价变成2 价，是氧化剂，化合价变化 2，葡萄糖是还原剂，其中 C 元素的化合价由 0 价变成4 价，化合价变化 4624，根据化合价升降守恒，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 121。(2)用 H2O2溶液氧化溶液中的亚铁离子，反应的离子方程式为2Fe2 H 2O22H =2Fe3 2H2O。(3)根据几种金属离子的氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的 pH， “调 pH 并过滤”时，调整 pH 的目的是沉淀铁离子和铝离子，但不能使锰离子沉淀，pH 范围为 5.07.8，滤渣 1 的主要成分为 Fe(OH)3和 Al(OH)3。(4)碳酸钠与硫酸锰反应生成碳酸锰，加入磷酸使碳酸锰生成 Mn(H2PO4)
21、2，反应的化学方程式为MnCO32H 3PO4=Mn(H2PO4)2 CO2H 2O。(5)根据 MnO2 Mn(H 2PO4)22H2O87 2851 t87%(19%) mMn(H2PO4)22H2O则 ，871 t 87%（ 1 9%） 285mMn（ H2PO4） 22H2O解得 mMn(H2PO4)22H2O2.59 t。答案：(1)增大反应物接触面积，加快反应速率，提高原料利用率 121 (2)2Fe2 H 2O22H =2Fe3 2H2O(3)5.07.8 Fe(OH) 3和 Al(OH)3 (4)MnCO 32H 3PO4=Mn(H2PO4)2CO 2H 2O(5)2.59(或
22、 2.593 5)6工业以软锰矿(主要成分是 MnO2，含有 SiO2、Fe 2O3、CuS 等少量杂质)为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰(MnCO 3)。其工业流程如下：(1)滤渣中除了 SiO2以外，还有一种淡黄色物质，该物质是由 MnO2、CuS 与硫酸共热时产生的，请写出该反应的离子方程式_。(2)滤渣中含 Cu(OH)2和_。(已知： KspFe(OH)3 KspCu(OH)2)(3)已知：25 、101 kPa 时，Mn(s)O 2(g)=MnO2(s) H520 kJmol 1 S(s)O 2(g)=SO2(g) H297 kJmol 1 Mn(s)S(s)2O 2(g)=M
23、nSO4(s) H1 065 kJmol 1 SO2与 MnO2反应生成无水 MnSO4的热化学方程式为_。(4)“浸锰”反应中往往有副产物 MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图所示，为减少 MnS2O6的生成， “浸锰”的适宜温度是_；向过滤所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度不宜太高的原因是_。(5)在废水处理领域常用 H2S 将 Mn2 转化为 MnS 除去，向含有 0.020 molL1 Mn2 的废水中通入一定量的 H2S 气体，调节溶液的 pH a，当 HS 的浓度为 1.0104 molL1时，Mn 2 开始沉淀，则 a_。已知： Ksp(MnS)1.410 15
24、；H 2S 的电离常数 K11.310 7 ， K27.010 15 解析：(1)根据题意，MnO 2、CuS、H 2SO4反应生成 MnSO4、CuSO 4、S、H 2O，根据得失电子守恒、原子守恒及电荷守恒配平离子方程式。(2)根据题给流程图及已知信息，滤渣中含 Cu(OH)2和 Fe(OH)3。(3)根据盖斯定律，由()即可得到 SO2与 MnO2反应生成无水 MnSO4的热化学方程式：MnO 2(s)SO 2(g)=MnSO4(s) H248 kJmol1 。(4)由题图可知，温度在 90 时，锰的浸出率较高且 MnS2O6的生成率较低，故“浸锰”的适宜温度是 90 ；因 NH4HCO
25、3稳定性差，受热易分解，故向过滤所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度不宜太高，从而防止 NH4HCO3受热分解，提高原料利用率。(5)根据Ksp(MnS)1.410 15 ，当 Mn2 开始沉淀时，溶液中 c(S2 ) 1.410 150.020molL1 7.010 14 molL1 ，根据 H2S 的电离常数K2 7.010 15 ，则溶液中 c(H )1.010 5 molL1 ，所以c（ S2 ） c（ H ）c（ HS ）pH5。答案：(1)CuSMnO 24H Cu2 Mn 2 S2H 2O= = = = = (2)Fe(OH)3(3)MnO2(s)SO 2(g)=MnSO4(s) H248 kJmol 1(4)90 防止 NH4HCO3受热分解，提高原料利用率(5)5
