中學化學 工藝流程 練習題（含答案）

工藝流程題專題三1．醋酸鎳[(CH3COO)2Ni]是一種重要的化工原料。一種以含鎳廢料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)為原料，制取醋酸鎳的工藝流程圖如下：相關離子生成氫氧化物的pH和相關物質(zhì)的溶解性如下表：金屬離子開始沉淀的pH沉淀完全的pH物質(zhì)20℃時溶解性(H2O)Fe3＋1.13.2CaSO4微溶Fe2＋5.88.8NiF2可溶Al3＋3.05.0CaF2難溶Ni2＋6.79.5NiCO3Ksp＝9.60×10－6(1)調(diào)節(jié)pH步驟中，溶液pH的調(diào)節(jié)范圍是____________。(2)濾渣1和濾渣3主要成分的化學式分別是________、________。(3)寫出氧化步驟中加入H2O2發(fā)生反應的離子方程式：___________________________。(4)酸浸過程中，1molNiS失去6NA個電子，同時生成兩種無色有毒氣體。寫出該反應的化學方程式：______________________________________。(5)沉鎳過程中，若c(Ni2＋)＝2.0mol·L－1，欲使100mL該濾液中的Ni2＋沉淀完全[c(Ni2＋)≤10－5mol·L－1]，則需要加入Na2CO3固體的質(zhì)量最少為________g。(保留小數(shù)點后1位有效數(shù)字)(6)保持其他條件不變，在不同溫度下對含鎳廢料進行酸浸，鎳浸出率隨時間變化如圖。酸浸的最佳溫度與時間分別為________℃、________min?！敬鸢浮?1)5.0≤pH＜6.7(2)SiO2、CaSO4CaF2(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O(4)NiS＋H2SO4＋2HNO3=NiSO4＋SO2↑＋2NO↑＋2H2O(5)31.4(6)70120【解析】(1)～(3)制取醋酸鎳的工藝流程可解讀為將含鎳廢料粉碎后加入H2SO4和少量HNO3進行酸浸，過濾后得到主要含Ni2＋、Al3＋、Fe3＋(還可能含少量Fe2＋、Ca2＋)的溶液和主要含SiO2、CaSO4的濾渣，棄去濾渣，向濾液中加入H2O2將可能含有的Fe2＋氧化為Fe3＋，調(diào)節(jié)溶液pH為5.0≤pH＜6.7，使Al3＋、Fe3＋轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，再通過過濾除去，向過濾所得的濾液1中加入NH4F除去濾液中的Ca2＋，過濾后向濾液2中加入Na2CO3使Ni2＋沉淀為NiCO3，過濾后向NiCO3中加入醋酸得到醋酸鎳，再進一步洗滌、蒸發(fā)、結(jié)晶得到醋酸鎳產(chǎn)品。(4)由題意知，酸浸時1molNiS失去6mol電子，S2－被氧化為SO2，硝酸被還原為NO，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒可寫出反應的化學方程式。(5)Ni2＋沉淀完全時溶液中c(COeq\o\al(2－,3))＝eq\f(Ksp3c2＋＝eq\f(9.60×10－6,10－5)＝0.96mol·L－1，故需要加入Na2CO3的質(zhì)量最少為[0.96mol·L－1×0.1L＋(2.0mol·L－1－10－5mol·L－1)×0.1L]×106g·mol－1＝31.4g。2.硫酸鋅可用于制造鋅鋇白、印染媒染劑等。用鋅白礦(主要成分為ZnO，還含有Fe2O3、CuO、SiO2等雜質(zhì))制備ZnSO4·7H2O的流程如下：相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol·L－1計算)如表所示：金屬離子開始沉淀的pH沉淀完全的pHFe3＋1.13.2Fe2＋5.88.8Zn2＋6.48.0(1)“濾渣1”的主要成分為________(填化學式)?！八峤边^程中，提高鋅元素浸出率的措施有：適當提高酸的濃度、____________(填一種)。(2)“置換”過程中，加入適量的鋅粉，除與溶液中的Fe3＋、H＋反應外，另一主要反應的化學方程式為______________________________________。(3)“氧化”一步中，發(fā)生反應的離子方程式為________________________________。溶液pH控制在[3.2,6.4)之間的目的是____________________________________。(4)“母液”中含有的鹽類物質(zhì)有____________(填化學式)?！敬鸢浮?1)SiO2粉碎鋅白礦(或充分攪拌漿料、適當加熱等)(2)Zn＋CuSO4=Cu＋ZnSO4(3)3Fe2＋＋MnOeq\o\al(－,4)＋7ZnO＋9H＋=3Fe(OH)3＋MnO2＋7Zn2＋使Fe3＋沉淀完全，而Zn2＋不沉淀(4)ZnSO4、K2SO4【解析】(1)鋅白礦中的ZnO、Fe2O3、CuO可與H2SO4反應，所以濾渣1是SiO2；提高浸出率的常用方法是粉碎礦物、適當提高溫度、適當提高濃度、攪拌等。(2)加入Zn能反應的有H＋、Fe3＋、Cu2＋。(3)由流程圖可知發(fā)生氧化還原反應，氧化劑是MnOeq\o\al(－,4)，還原產(chǎn)物是MnO2，還原劑是Fe2＋，氧化產(chǎn)物是Fe(OH)3，所以由得失電子守恒可知：3n(MnOeq\o\al(－,4))＝n(Fe2＋)，最后再由ZnO調(diào)節(jié)pH，根據(jù)氧原子守恒配平得：3Fe2＋＋MnOeq\o\al(－,4)＋7ZnO＋9H＋=3Fe(OH)3＋MnO2＋7Zn2＋；由表格數(shù)據(jù)可知pH≥3.2是使Fe3＋完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而被除去，pH＜6.4的目的是使Zn2＋不被除去。(4)由流程圖可知加入H2SO4引入SOeq\o\al(2－,4)、加入KMnO4引入K＋，而形成ZnSO4·7H2O的母液中一定存在ZnSO4，所以“母液”中含有的鹽類物質(zhì)有K2SO4和ZnSO4。3．[2018新課標Ⅰ卷]焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應用廣泛?；卮鹣铝袉栴}：（1）生產(chǎn)Na2S2O5，通常是由NaHSO3過飽和溶液經(jīng)結(jié)晶脫水制得。寫出該過程的化學方程式__________。（2）利用煙道氣中的SO2生產(chǎn)Na2S2O5的工藝為：①pH=4.1時，Ⅰ中為__________溶液（寫化學式）。②工藝中加入Na2CO3固體、并再次充入SO2的目的是__________。（3）制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應式為_____________。電解后，_____________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進行結(jié)晶脫水，可得到Na2S2O5。（4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑。在測定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時，取50.00mL葡萄酒樣品，用0.01000mol·L?1的碘標準液滴定至終點，消耗10.00mL。滴定反應的離子方程式為_____________，該樣品中Na2S2O5的殘留量為____________g·L?1（以SO2計）?！敬鸢浮浚?）2NaHSO3Na2S2O5+H2O（2）①NaHSO3 ②得到NaHSO3過飽和溶液（3）2H2O－4e－4H++O2↑ a（4）+2I2+3H2O2+4I－+6H+ 0.128【解析】分析：（1）根據(jù)原子守恒書寫方程式；（2）①根據(jù)溶液顯酸性判斷產(chǎn)物；②要制備焦亞硫酸鈉，需要制備亞硫酸氫鈉過飽和溶液，據(jù)此判斷；（3）根據(jù)陽極氫氧根放電，陰極氫離子放電，結(jié)合陽離子交換膜的作用解答；（4）焦亞硫酸鈉與單質(zhì)碘發(fā)生氧化還原反應，據(jù)此書寫方程式；根據(jù)方程式計算殘留量。詳解：（1）亞硫酸氫鈉過飽和溶液脫水生成焦亞硫酸鈉，根據(jù)原子守恒可知反應的方程式為2NaHSO3＝Na2S2O5+H2O；（2）①碳酸鈉飽和溶液吸收SO2后的溶液顯酸性，說明生成物是酸式鹽，即Ⅰ中為NaHSO3；②要制備焦亞硫酸鈉，需要制備亞硫酸氫鈉過飽和溶液，因此工藝中加入碳酸鈉固體、并再次充入二氧化硫的目的是得到NaHSO3過飽和溶液；（3）陽極發(fā)生失去電子的氧化反應，陽極區(qū)是稀硫酸，氫氧根放電，則電極反應式為2H2O－4e－＝4H＋+O2↑。陽極區(qū)氫離子增大，通過陽離子交換膜進入a室與亞硫酸鈉結(jié)合生成亞硫酸鈉。陰極是氫離子放電，氫氧根濃度增大，與亞硫酸氫鈉反應生成亞硫酸鈉，所以電解后a室中亞硫酸氫鈉的濃度增大。（4）單質(zhì)碘具有氧化性，能把焦亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，反應的方程式為S2O52－+2I2+3H2O＝2SO42－+4I－+6H＋；消耗碘的物質(zhì)的量是0.0001mol，所以焦亞硫酸鈉的殘留量（以SO2計）是QUOTE。點睛：本題以焦亞硫酸鈉的制備、應用為載體考查學生對流程的分析、電解原理的應用以及定量分析等，題目難度中等。難點是電解池的分析與判斷，注意結(jié)合電解原理、交換膜的作用、離子的移動方向分析電極反應、亞硫酸氫鈉濃度的變化。易錯點是最后一問，注意計算殘留量時應該以二氧化硫計，而不是焦亞硫酸鈉。4．[2018江蘇卷]以Cl2、NaOH、(NH2)2CO（尿素）和SO2為原料可制備N2H4·H2O（水合肼）和無水Na2SO3，其主要實驗流程如下：已知：①Cl2+2OH?ClO?+Cl?+H2O是放熱反應。②N2H4·H2O沸點約118℃，具有強還原性，能與NaClO劇烈反應生成N2。（1）步驟Ⅰ制備NaClO溶液時，若溫度超過40℃，Cl2與NaOH溶液反應生成NaClO3和NaCl，其離子方程式為____________________________________；實驗中控制溫度除用冰水浴外，還需采取的措施是____________________________________。（2）步驟Ⅱ合成N2H4·H2O的裝置如題19圖?1所示。NaClO堿性溶液與尿素水溶液在40℃以下反應一段時間后，再迅速升溫至110℃繼續(xù)反應。實驗中通過滴液漏斗滴加的溶液是_____________；使用冷凝管的目的是_________________________________。（3）步驟Ⅳ用步驟Ⅲ得到的副產(chǎn)品Na2CO3制備無水Na2SO3（水溶液中H2SO3、、隨pH的分布如題19圖?2所示，Na2SO3的溶解度曲線如題19圖?3所示）。①邊攪拌邊向Na2CO3溶液中通入SO2制備NaHSO3溶液。實驗中確定何時停止通SO2的實驗操作為_________________。②請補充完整由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3的實驗方案：_______________________，用少量無水乙醇洗滌，干燥，密封包裝?！敬鸢浮浚?）3Cl2+6OH?5Cl?+ClO3?+3H2O緩慢通入Cl2（2）NaClO堿性溶液減少水合肼的揮發(fā)（3）①測量溶液的pH，若pH約為4，停止通SO2②邊攪拌邊向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，測量溶液pH，pH約為10時，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于34℃條件下趁熱過濾【解析】分析：步驟I中Cl2與NaOH溶液反應制備NaClO；步驟II中的反應為NaClO堿性溶液與尿素水溶液反應制備水合肼，；步驟III分離出水合肼溶液；步驟IV由SO2與Na2CO3反應制備Na2SO3。詳解：（1）溫度超過40℃，Cl2與NaOH溶液發(fā)生歧化反應生成NaClO3、NaCl和H2O，反應的化學方程式為3Cl2+6NaOH5NaCl+NaClO3+3H2O，離子方程式為3Cl2+6OH-5Cl-+ClO3-+3H2O。由于Cl2與NaOH溶液的反應為放熱反應，為了減少NaClO3的生成，應控制溫度不超過40℃、減慢反應速率；實驗中控制溫度除用冰水浴外，還需采取的措施是：緩慢通入Cl2。（2）步驟II中的反應為NaClO堿性溶液與尿素水溶液反應制備水合肼，由于水合肼具有強還原性、能與NaClO劇烈反應生成N2，為了防止水合肼被氧化，應逐滴滴加NaClO堿性溶液，所以通過滴液漏斗滴加的溶液是NaClO堿性溶液。NaClO堿性溶液與尿素水溶液在110℃繼續(xù)反應，N2H4·H2O沸點約118℃，使用冷凝管的目的：減少水合肼的揮發(fā)。（3）①向Na2CO3溶液中通入SO2制備NaHSO3溶液，根據(jù)圖示溶液pH約為4時，HSO3-的摩爾分數(shù)最大，則溶液的pH約為4時停止通入SO2；實驗中確定何時停止通入SO2的實驗操作為：測量溶液的pH，若pH約為4，停止通SO2。②由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3，首先要加入NaOH將NaHSO3轉(zhuǎn)化為Na2SO3，根據(jù)含硫微粒與pH的關系，加入NaOH應調(diào)節(jié)溶液的pH約為10；根據(jù)Na2SO3的溶解度曲線，溫度高于34℃析出Na2SO3，低于34℃析出Na2SO3·7H2O，所以從Na2SO3溶