2024年大二輪化學(xué)（新高考）教案：專題六主觀題突破2化工生產(chǎn)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化條件的控制

2.化工生產(chǎn)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化條件的控制1．反應(yīng)條件的控制條件控制目的固體原料粉碎或研磨減小顆粒直徑，增大反應(yīng)物接觸面積，增大浸取時的反應(yīng)速率，提高浸取率煅燒或灼燒①除去硫、碳單質(zhì)；②有機(jī)物轉(zhuǎn)化、除去有機(jī)物；③高溫下原料與空氣中氧氣反應(yīng)；④除去熱不穩(wěn)定的雜質(zhì)等酸浸①溶解轉(zhuǎn)變成可溶物進(jìn)入溶液中，以達(dá)到與難溶物分離的目的；②去氧化物(膜)堿溶①除去金屬表面的油污；②溶解鋁、氧化鋁等加熱①加快反應(yīng)速率或溶解速率；②促進(jìn)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動；③除雜，除去熱不穩(wěn)定的雜質(zhì)，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物質(zhì)；④使沸點相對較低或易升華的原料氣化；⑤煮沸時促進(jìn)溶液中的氣體(如氧氣)揮發(fā)逸出等反應(yīng)物用量或濃度①酸浸時提高酸的濃度可提高礦石中某金屬元素的浸取率；②增大便宜、易得的反應(yīng)物的濃度，可以提高其他物質(zhì)的利用率，使反應(yīng)充分進(jìn)行；③增大物質(zhì)濃度可以加快反應(yīng)速率，使平衡發(fā)生移動等控溫(常用水浴、冰浴或油浴)①控制反應(yīng)速率(升溫加快反應(yīng)速率)、適宜的溫度使催化劑的活性最大，防止副反應(yīng)的發(fā)生；②控制化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向，使化學(xué)平衡移動；③升溫：使溶液中的氣體逸出，使易揮發(fā)物質(zhì)揮發(fā)，使易分解的物質(zhì)分解；煮沸：使氣體逸出；促進(jìn)水解，聚沉后利于過濾分離；④控制固體的溶解與結(jié)晶加入氧化劑(或還原劑)①轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的價態(tài)；②除去雜質(zhì)離子[如把Fe2＋氧化成Fe3＋，而后調(diào)溶液的pH，使其轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去]加入沉淀劑①生成硫化物沉淀(如加入硫化鈉、硫化銨、硫化亞鐵等)；②加入可溶性碳酸鹽，生成碳酸鹽沉淀；③加入氟化鈉，除去Ca2＋、Mg2＋pH控制①使某種或幾種金屬離子轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，而目標(biāo)離子不生成沉淀，以達(dá)到分離的目的(常利用題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH信息，選擇pH范圍，使雜質(zhì)離子以氫氧化物沉淀出來)；②“酸作用”還可以除去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解等；③“堿作用”還可以除去油污、除去鋁片表面的氧化鋁、溶解鋁等；④金屬離子的萃取率與溶液的pH密切相關(guān)；⑤調(diào)節(jié)溶液pH常用試劑：a.調(diào)節(jié)溶液呈酸性：稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金屬氧化物、酸性氣體(二氧化硫)等。b.調(diào)節(jié)溶液呈堿性：氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫銨等2.可循環(huán)物質(zhì)的判斷(1)流程圖中回頭箭頭的物質(zhì)。(2)生產(chǎn)流程中后面新生成或新分離的物質(zhì)(不要忽視結(jié)晶后的母液)，可能是前面某一步反應(yīng)的相關(guān)物質(zhì)。①從流程需要加入的物質(zhì)去找先觀察流程中需要加入的物質(zhì)，再研究后面的流程中有沒有生成此物質(zhì)。②從能構(gòu)成可逆反應(yīng)的物質(zhì)去找可逆反應(yīng)的反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化，應(yīng)該回收再利用。③從過濾后的母液中尋找析出晶體經(jīng)過過濾后的溶液稱為母液，母液是該晶體溶質(zhì)的飽和溶液，應(yīng)該循環(huán)再利用。對點訓(xùn)練1．三氧化二鎳(Ni2O3)是重要的電子元件材料和蓄電池材料，工業(yè)上利用含鎳廢料(主要成分為鎳、鋁、氧化鐵、碳等)提取Ni2O3，工業(yè)流程如圖：“預(yù)處理”操作可以選擇用________(填字母)來除去廢舊鎳電池表面的礦物油污。A．純堿溶液浸泡B．NaOH溶液浸泡C．酒精清洗答案C2．一種從銅陽極泥(主要含有銅、銀、金、少量的鎳)中分離提取多種金屬元素的工藝流程如下：“分銅”時，如果反應(yīng)溫度過高，會有明顯的放出氣體現(xiàn)象，原因是______________。答案溫度過高，H2O2分解放出氧氣3．已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示：物質(zhì)開始沉淀pH沉淀完全pHFe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，應(yīng)該怎樣做？答案先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調(diào)溶液的pH至3.7～8.3。4．以軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量鐵的氧化物)制備高純MnCO3。流程如圖：(1)酸溶還原時，MnO2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________________________________________________________________________。(2)在常溫下，已知：Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39。工業(yè)上，當(dāng)某離子為使溶液中Fe3＋除凈，調(diào)節(jié)pH的范圍應(yīng)為__________。答案(1)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O(2)3≤pH＜8解析(1)除凈時，c(OH－)＝eq\r(3,\f(Ksp[FeOH3],cFe3＋))＝eq\r(3,\f(1×10－39,1×10－6))mol·L－1＝1×10－11mol·L－1，則pH＝3；當(dāng)錳離子開始沉淀時，c(OH－)＝eq\r(\f(Ksp[MnOH2],cMn2＋))＝eq\r(\f(2×10－13,0.2))mol·L－1＝10－6mol·L－1，pH＝8。(1)調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點：①能與H＋反應(yīng)，使溶液pH增大；②不引入新雜質(zhì)。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH。(2)調(diào)節(jié)溶液的pH：酸作用還可以除去氧化物(膜)；堿作用還可以除去油污、除去鋁片氧化物、溶解鋁和二氧化硅。(3)調(diào)節(jié)pH的試劑選?。孩龠x取流程中出現(xiàn)的物質(zhì)；②未學(xué)習(xí)過的物質(zhì)且題目又無信息提示的一般不做考慮；③已學(xué)的常見酸、堿(如HNO3、HCl、H2SO4、NH3·H2O、NaOH等)。5．粉煤灰(主要成分為Al2O3、SiO2，還含少量Fe2O3等)為原料，制取氧化鋁的部分工藝流程如圖：上述流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)是______________________。答案HCl(或鹽酸)解析粉煤灰加濃鹽酸酸浸，Al2O3和Fe2O3溶解、SiO2不溶，過濾得濾渣，主要成分是SiO2，向濾液中加入NH4HCO3，溶液中的Fe3＋與HCOeq\o\al(－,3)發(fā)生相互促進(jìn)的水解反應(yīng)使鐵元素沉淀，向濾液中通入HCl氣體，使Al3＋形成AlCl3·6H2O晶體析出，煅燒AlCl3·6H2O，由于HCl大量揮發(fā)，促進(jìn)了Al3＋水解，煅燒最終生成了Al2O3。題述流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)是HCl或鹽酸。6．硒和碲在工業(yè)上有重要用途。在銅、鎳、鉛等電解工藝的陽極泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及單質(zhì)狀態(tài)存在。一種從陽極泥中提取Se和Te的工藝流程如下：已知：碲酸鈉(Na2H4TeO6)難溶，碲酸(H6TeO6)可溶。工藝路線中可以循環(huán)利用的物質(zhì)有________________、________________。答案H2SO4NaOH解析根據(jù)流程中既為生成物又為反應(yīng)原料的物質(zhì)可作為循環(huán)利用的物質(zhì)，則工藝路線中可以循環(huán)利用的物質(zhì)有H2SO4和NaOH。1．(2022·遼寧，16)某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質(zhì))與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯(lián)合焙燒法制備BiOCl和MnSO4，工藝流程如下：已知：①焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3，F(xiàn)eS2轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3；②金屬活動性：Fe>(H)>Bi>Cu；③相關(guān)金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下：開始沉淀pH完全沉淀pHFe2＋6.58.3Fe3＋1.62.8Mn2＋8.110.1回答下列問題：(1)為提高焙燒效率，可采取的措施為____________。a．進(jìn)一步粉碎礦石b．鼓入適當(dāng)過量的空氣c．降低焙燒溫度(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________。(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②________________。(4)濾渣的主要成分為________________(填化學(xué)式)。(5)生成氣體A的離子方程式為______________________________________________。(6)加入金屬Bi的目的是____________________________________________________。(7)將100kg輝鉍礦進(jìn)行聯(lián)合焙燒，轉(zhuǎn)化時消耗1.1kg金屬Bi，假設(shè)其余各步損失不計，干燥后稱量BiOCl產(chǎn)品質(zhì)量為32kg，滴定測得產(chǎn)品中Bi的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78.5%。輝鉍礦中Bi元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為__________。答案(1)ab(2)2Bi2S3＋9O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Bi2O3＋6SO2(3)抑制金屬離子水解(4)SiO2(5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－=2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O(6)將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋(7)24.02%解析(1)聯(lián)合焙燒時，進(jìn)一步粉碎礦石，可以增大礦石與空氣的接觸面積，能夠提高焙燒效率，選項a符合題意；鼓入適當(dāng)過量的空氣有利于礦石充分反應(yīng)，選項b符合題意；降低焙燒溫度，反應(yīng)速率減慢，不利于提高焙燒效率，選項c不符合題意。(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3，根據(jù)原子守恒可知還應(yīng)生成SO2，結(jié)合得失電子守恒，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Bi2S3＋9O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Bi2O3＋6SO2。(3)加入濃鹽酸后，溶液中含有的離子主要為Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋、H＋、Cl－，而酸浸后取濾液進(jìn)行轉(zhuǎn)化，故要防止金屬離子水解生成沉淀，使BiOCl的產(chǎn)率降低。(5)因Mn2O3有氧化性，會與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－=2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O。(6)由已知信息③知，調(diào)pH＝2.6時，F(xiàn)e3＋會水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋還沒開始沉淀，故要將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，調(diào)pH后獲得含F(xiàn)eCl2的濾液，為了不引入新的雜質(zhì)，加入金屬Bi作還原劑。(7)輝鉍礦中Bi元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為eq\f(32kg×78.5%－1.1kg,100kg)×100%＝24.02%。2．[2021·全國乙卷，26(2)(3)(4)(5)(6)]磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。該工藝條件下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表金屬離子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋開始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH3.24.711.113.8回答下列問題：(2)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是__________________________。(3)“母液①”中Mg2＋濃度為______mol·L－1。(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”，最適合的酸是______________，“酸溶渣”的成分是________________________。(5)“酸溶”后，將溶液適當(dāng)稀釋并加熱，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是________________________________________________________________________。(6)將“母液①”和“母液②”混合，吸收尾氣，經(jīng)處理得________________,循環(huán)利用。答案(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋(3)1.0×10－6(4)硫酸SiO2、CaSO4(5)TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋(6)(NH4)2SO4解析(2)由題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH可知，將pH約為2.0的濾液加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH為11.6時，鐵離子首先沉淀，然后是鋁離子、鎂離子，鈣離子沒有沉淀。(3)由鎂離子完全沉淀時，溶液pH為11.1可知，氫氧化鎂的溶度積為1×10－5×(1×10－2.9)2(4)增大溶液中硫酸根離子的濃度，有利于使微溶的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為沉淀，為了使微溶的硫酸鈣完全沉淀，減少TiOSO4溶液中含有的硫酸鈣的量，應(yīng)加入濃硫酸加熱到160℃酸溶；由分析可知，二氧化硅和硫酸鈣與硫酸不反應(yīng)，則酸溶渣的主要成分為二氧化硅和硫酸鈣。(5)酸溶后將TiOSO4溶液適當(dāng)稀釋并加熱，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，反應(yīng)的離子方程式為TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)尾氣為氨氣，母液①為硫酸銨、母液②為硫酸，將母液①和母液②混合后吸收氨氣得到硫酸銨溶液，可以循環(huán)使用。1．研究從太陽能電池的碲化鎘吸收層(主要含CdTe、CdS)中回收碲具有重要的意義。某回收工藝的流程如下：回答下列問題：(1)反應(yīng)釜中，溶液的pH、溫度(T)與生成沉淀的關(guān)系如圖，圖中區(qū)域分別表示鐵的化合物穩(wěn)定存在的區(qū)域。則制備FeOOH適宜的pH和溫度分別為________(填字母)。a．2,80℃ b．4,90℃c．5,160℃ d．6,25℃(2)制備磁性納米鐵棒時，加入NaBH4前先通入N2的作用是____________________________________________________________________________________________。(3)常溫下，若在含Cd2＋、Te4＋濾液中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為7，溶液中c(Cd2＋)的最大值為________________________________________________________________________(已知：Ksp[Cd(OH)2]＝5.3×10－15)。(4)從TeOeq\o\al(2－,3)溶液得到“吸附Te”，利用了納米鐵棒的性質(zhì)有________、________。答案(1)b(2)排出設(shè)備中的空氣，防止磁性納米鐵棒和NaBH4被氧化(3)0.53mol·L－1(4)吸附性還原性解析(2)磁性納米鐵棒和NaBH4都容易被氧化，所以在加入NaBH4之前需通入N2排出反應(yīng)容器中的空氣。(3)常溫下，溶液的pH＝7，則c(OH－)＝1.0×10－7mol·L－1，根據(jù)Ksp[Cd(OH)2](4)含TeOeq\o\al(2－,3)的溶液和磁性納米鐵棒作用，Te的化合價降低，被納米鐵棒還原，磁性納米鐵棒還能吸附Te，故在得到Te的過程中，磁性納米鐵棒呈現(xiàn)了還原性和吸附性。2．(2023·福建莆田高中畢業(yè)班第二次教學(xué)質(zhì)量檢測)鍺是現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)重要的基礎(chǔ)材料。用含氧化鋅煙塵(雜質(zhì)主要有PbO、GeO2、SiO2、FeO、Ag2O等)為主要原料制備氧化鋅和高純度單質(zhì)鍺的一種工藝流程如圖所示。已知：①單寧酸是一種只含C、H、O元素的有機(jī)化合物；②pKsp＝－lgKsp，常溫下pKspeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(PbOH2))＝19.8，pKspeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(ZnOH2))＝16.2，pKspeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(FeOH2))＝16.4，pKspeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(FeOH3))＝38.6；③當(dāng)溶液中某離子的物質(zhì)的量濃度不大于1.0×10－5mol·L－1時，該離子沉淀完全。(1)“酸浸”后所得的濾渣主要成分除SiO2外，還含有__________________(填化學(xué)式)。(2)如圖所示，“酸浸”過程中濃硫酸用量超過理論量會導(dǎo)致鍺的浸出率降低，其可能的原因為______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)“調(diào)pH”所用試劑X為______(填化學(xué)式)，若“酸浸”后溶液中c(Zn2＋)＝0.1mol·L－1，則應(yīng)調(diào)控pH的范圍為__________。(4)若“沉鋅”的產(chǎn)物為Zn2(OH)2CO3，則反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________________________