專題專項訓練(二)無機化工流程

第 8 頁 共 8 頁專題專項訓練（二） 無機化工流程1(2016·南通模擬)ZrO2常用作陶瓷材料，可由鋯英砂(主要成分為ZrSiO4，也可表示為ZrO2·SiO2，還含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))通過如下方法制取。已知：ZrO2能與燒堿反應生成可溶于水的Na2ZrO3，Na2ZrO3與酸反應生成ZrO2。部分金屬離子在實驗條件下開始沉淀和完全沉淀的pH如下表。金屬離子Fe3Al3ZrO2開始沉淀時pH1.93.36.2沉淀完全時pH3.25.28.0(1)熔融時ZrSiO4發(fā)生反應的化學方程式為_，濾渣的化學式為_。(2)為使濾液的雜質(zhì)離子沉淀完全，需用氨水調(diào)pHa，則a的范圍是_；繼續(xù)加氨水至pHb時，所發(fā)生反應的離子方程式為_。(3)向過濾所得濾液中加入CaCO3粉末并加熱，得到兩種氣體。該反應的離子方程式為_。(4)為得到純凈的ZrO2，Zr(OH)4需要洗滌，檢驗Zr(OH)4是否洗滌干凈的方法是_。解析：(1)鋯英砂在NaOH熔融下，生成Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2，F(xiàn)e2O3不溶，再加入HCl酸浸時，F(xiàn)e2O3溶解生成Fe3，Na2ZrO3轉(zhuǎn)化成ZrO2，Na2SiO3轉(zhuǎn)化成H2SiO3沉淀，NaAlO2轉(zhuǎn)化成Al3，ZrSiO4與NaOH反應為非氧化還原反應，根據(jù)元素守恒可配平反應。(2)加入氨水，使Fe3、Al3雜質(zhì)除去，但不可使ZrO2沉淀，所以pH的范圍為5.26.2。繼續(xù)加入氨水，使ZrO2轉(zhuǎn)化為Zr(OH)4沉淀，根據(jù)電荷守恒知，產(chǎn)物有2 mol NH生成，根據(jù)N守恒知，反應物有2 mol NH3·H2O參加反應，根據(jù)H、O元素守恒知，反應物需要補充1 mol H2O。(3)NH水解顯酸性，加入CaCO3可生成CO2，同時促進了NH水解，生成NH3。(4)過濾處的濾液為NH4Cl，Zr(OH)4沉淀是否洗滌干凈，只要檢驗濾液中是否含有Cl即可。答案：(1)ZrSiO44NaOH高溫,Na2SiO3Na2ZrO32H2OH2SiO3(或H4SiO4)(2)5.26.2ZrO22NH3·H2OH2O=Zr(OH)42NH(3)2NHCaCO3Ca22NH3CO2H2O(4)取最后一次洗滌液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸銀溶液，若無沉淀生成，則Zr(OH)4洗滌干凈2(2015·安徽高考)硼氫化鈉(NaBH4)在化工等領域具有重要的應用價值，某研究小組采用偏硼酸鈉(NaBO2)為主要原料制備NaBH4，其流程如下：已知：NaBH4常溫下能與水反應，可溶于異丙胺(沸點：33 )。(1)在第步反應加料之前，需要將反應器加熱至100 以上并通入氬氣，該操作的目的是_，原料中的金屬鈉通常保存在_中，實驗室取用少量金屬鈉需要用到的實驗用品有_、_、玻璃片和小刀等。(2)請配平第步反應的化學方程式：NaBO2SiO2NaH2NaBH4Na2SiO3(3)第步分離采用的方法是_；第步分出NaBH4并回收溶劑，采用的方法是_。(4)NaBH4(s)與水(l)反應生成NaBO2(s)和氫氣(g)，在25 、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4 (s)放熱21.6 kJ，該反應的熱化學方程式是_。解析：(1)通入氬氣后排凈反應器中的水蒸氣和空氣，防止Na、NaBH4與水和空氣中的O2反應；金屬鈉通常保存在煤油中；在取用鈉時，應用鑷子將鈉從煤油中取出，并用濾紙吸干表面的煤油。(2)在該反應中，金屬Na由0價升高到1價，而H2中的H由0價降低到1價，其余元素的化合價都未改變，可設NaBH4的系數(shù)為1，根據(jù)H守恒可知H2的系數(shù)為2，根據(jù)電子守恒可知，Na的系數(shù)為4，根據(jù)B守恒可知NaBO2的系數(shù)為1，根據(jù)Na守恒可知Na2SiO3的系數(shù)為2，根據(jù)Si守恒可知SiO2的系數(shù)為2。(3)經(jīng)過第步后得到溶液和固體，故該操作為過濾；由于異丙胺的沸點較低，故第步可以采用蒸餾的方法分離出NaBH4并回收溶劑。(4)NaBH4與水反應的化學方程式為NaBH42H2O=NaBO24H2，3.8 g NaBH4的物質(zhì)的量為0.1 mol，故1 mol NaBH4與水反應時放出216.0 kJ熱量，由此可寫出熱化學方程式。答案：(1)除去反應器中的水蒸氣和空氣煤油鑷子濾紙(2)124212(3)過濾蒸餾(4)NaBH4(s)2H2O(l)=NaBO2(s)4H2(g)H216.0 kJ·mol13(2016·文登市二模)MnO2是重要化學物質(zhì)，某學習小組設計了將粗MnO2(含有較多的MnO、MnCO3和Fe2O3)樣品轉(zhuǎn)化為純MnO2實驗，其流程如下：按要求回答下列問題(1)第步操作中，氧化性強弱順序：ClO_MnO2(填“”或“”)，當NaClO3轉(zhuǎn)移2 mol電子時，生成的氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量為_mol。NaClO3在常溫下能夠與鹽酸反應生成氯氣，該反應的離子方程式為_。(2)第步操作中，最終得到的固體除NaClO3外，還一定含有下列物質(zhì)中的_。aNaClbNaClO cNaClO4 dNaOH(3)MnO2是堿性鋅錳電池的正極材料，則堿性鋅錳電池放電時，正極的電極反應式是_。(4)為得到純凈的MnO2，須將過濾后的MnO2合并后進行洗滌，判斷是否洗滌干凈可選用的試劑是_(填寫一組即可)。工業(yè)上可以以石墨為電極電解酸化的硫酸錳制取二氧化錳，該反應的陽極反應式為_。解析：粗MnO2(含有較多的MnO、MnCO3和Fe2O3)樣品中加入過量的稀硫酸，由于MnO2不溶于硫酸，則樣品中的MnO和MnCO3分別和硫酸反應生成可溶性的MnSO4，過濾得濾液為硫酸錳溶液，加入NaClO3發(fā)生反應為5Mn22ClO4H2O=5MnO2Cl28H，再過濾得到濾液和二氧化錳固體，而氯氣與熱的氫氧化鈉反應生成氯酸鈉方程式為3Cl26NaOH=NaClO35NaCl3H2O。(1)已知5Mn22ClO4H2O=5MnO2Cl28H，ClO作氧化劑，MnO2作氧化產(chǎn)物，則氧化性：ClOMnO2；當NaClO3轉(zhuǎn)移2 mol電子時，消耗NaClO3為0.4 mol，則生成MnO2為1 mol；NaClO3在常溫下與鹽酸反應生成氯氣，其反應的離子方程式為ClO5Cl6H=3Cl23H2O。(2)第步操作中NaOH過量，發(fā)生的反應為3Cl26NaOH=NaClO35NaCl3H2O，則最終得到的固體除NaClO3外，還有NaOH和NaCl。(3)原電池中負極失去電子，正極得到電子，因此堿性鋅錳電池放電時，正極是二氧化錳得到電子，則電極反應式為MnO2H2Oe=MnOOHOH。(4)若沉淀沒有洗滌干凈，則濾液中含有硫酸根離子，檢驗硫酸根離子選用氯化鋇溶液；電解時，Mn2在陽極失電子生成MnO2，其電極方程式為Mn22e2H2O=MnO24H。答案：(1)1ClO5Cl6H=3Cl23H2O(2)ad(3)MnO2H2Oe=MnOOHOH(4)氯化鋇溶液Mn22e2H2O=MnO24H4(2015·山東高考)毒重石的主要成分為BaCO3(含Ca2、Mg2、Fe3等雜質(zhì))，實驗室利用毒重石制備BaCl2·2H2O的流程如下：(1)毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨，目的是_。實驗室用37%的鹽酸配制15%的鹽酸，除量筒外還需使用下列儀器中的_。a燒杯b容量瓶c玻璃棒d滴定管(2)加入NH3·H2O調(diào)pH8可除去_(填離子符號)，濾渣中含_(填化學式)。加入H2C2O4時應避免過量，原因是_。Ca2Mg2Fe3開始沉淀時的pH11.99.11.9完全沉淀時的pH13.911.13.2已知：Ksp(BaC2O4)1.6×107，Ksp(CaC2O4)2.3×109(3)利用間接酸堿滴定法可測定Ba2的含量，實驗分兩步進行。已知：2CrO2H=Cr2OH2OBa2CrO=BaCrO4步驟：移取x mL一定濃度的Na2CrO4溶液于錐形瓶中，加入酸堿指示劑，用b mol·L1鹽酸標準液滴定至終點，測得滴加鹽酸的體積為V0 mL。步驟：移取y mL BaCl2溶液于錐形瓶中，加入x mL與步驟相同濃度的Na2CrO4溶液，待Ba2完全沉淀后，再加入酸堿指示劑，用b mol·L1鹽酸標準液滴定至終點，測得滴加鹽酸的體積為V1 mL。滴加鹽酸標準液時應使用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的_(填“上方”或“下方”)。BaCl2溶液的濃度為_mol·L1。若步驟中滴加鹽酸時有少量待測液濺出，Ba2濃度測量值將_(填“偏大”或“偏小”)。解析：(1)毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨，目的是增大與鹽酸的接觸面積，加快反應速率。實驗室配制一定質(zhì)量分數(shù)的溶液時，需用到的儀器是量筒、燒杯和玻璃棒。(2)由流程圖和表中數(shù)據(jù)可知，pH8時，可除去Fe3；調(diào)節(jié)pH12.5時，Mg2完全沉淀，Ca2部分沉淀，故濾渣中含有Mg(OH)2和Ca(OH)2；加入H2C2O4的目的是除去溶液中剩余的Ca2，使Ca2(aq)C2O(aq)=CaC2O4(s)，當H2C2O4過量時，也可能使c(Ba2)·c(C2O)Ksp(BaC2O4)，而生成BaC2O4沉淀，導致產(chǎn)品BaCl2·2H2O的量減少。(3)由方程式2CrO2H=Cr2OH2O知，步驟中加入的CrO的總物質(zhì)的量為b mol·L1× L mol。步驟中，加入BaCl2充分反應后，剩余的CrO的物質(zhì)的量為b mol·L1× L mol，與Ba2反應的CrO的物質(zhì)的量為 mol mol mol，由方程式Ba2CrO=BaCrO4得，n(Ba2)n(CrO)，所以BaCl2的濃度：c(BaCl2) mol·L1。若步驟中滴加鹽酸時，有少量待測液濺出，造成V1的用量減小，所以的測量值將偏大。答案：(1)增大接觸面積從而使反應速率加快a、c(2)Fe3Mg(OH)2、Ca(OH)2H2C2O4過量會導致生成BaC2O4沉淀，產(chǎn)品產(chǎn)量減少(3)上方偏大5氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療。純化工業(yè)級氧化鋅含有Fe()、Mn()、Ni()等雜質(zhì)的流程如下：工業(yè)ZnO浸出液 濾液 濾液 濾餅ZnO提示：在本實驗條件下，Ni()不能被氧化；高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2?；卮鹣铝袉栴}：(1)反應中除掉的雜質(zhì)離子是_，發(fā)生反應的離子方程式為_；在加高錳酸鉀溶液前，若pH較低，對除雜的影響是_。(2)反應的反應類型為_，過濾得到的濾渣中，除了過量的鋅外還有_。(3)反應形成的沉淀要用水洗，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是_。(4)反應中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2。取干燥后的濾餅11.2 g，煅燒后可得到產(chǎn)品8.1 g，則x等于_。解析：(1)經(jīng)反應所得浸出液中含有Zn2、Fe2、Mn2、Ni2。經(jīng)反應，F(xiàn)e2被氧化為Fe3，進而形成Fe(OH)3沉淀，Mn2被氧化為MnO2，發(fā)生反應的離子方程式分別為：MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H，2MnO3Mn22H2O=5MnO24H。在加高錳酸鉀溶液前，若溶液的pH較低，鐵離子和錳離子不能生成沉淀，從而無法除去鐵和錳雜質(zhì)。(2)反應為ZnNi2=Zn2Ni，過濾得到的濾渣中，除了過量的鋅外還有被置換出來的鎳。(3)若該沉淀沒有洗滌干凈，則沉淀上一定附著有SO。具體的檢驗方法是取少量最后濾出的水洗液于試管中，滴入12滴稀硝酸，再滴入硝酸鋇溶液，若無白色沉淀生成，則說明沉淀已經(jīng)洗滌干凈。(4)ZnCO3·xZn(OH)2(1x)ZnOCO2xH2Om81(1x)4418x4418x81 g11.2 g8.1 g3.1 g 則，解得x1。答案(1)Fe2和Mn2MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H、2MnO3Mn22H2O=5MnO24H鐵離子和錳離子不能生成沉淀，從而無法除去鐵和錳雜質(zhì)(2)置換反應鎳(3)取少量水洗液于試管中，滴入12滴稀硝酸，再滴入硝酸鋇溶液，若無白色沉淀生成，則說明沉淀已經(jīng)洗滌干凈(4)16草酸鈷用途廣泛，可用于指示劑和催化劑制備。一種利用水鈷礦主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等制取CoC2O4·2H2O工藝流程如下：已知：浸出液含有的陽離子主要有H、Co2、Fe2、Mn2、Ca2、Mg2、Al3等；部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2完全沉淀的pH3.79.69.25.29.8(1)浸出過程中加入Na2SO3的目的是將_還原(填離子符號)。(2)NaClO3的作用是將浸出液中的Fe2氧化成Fe3，產(chǎn)物中氯元素處于最低化合價。該反應的離子方程式為_。(3)請用平衡移動原理分析加Na2CO3能使浸出液中Fe3、Al3轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀的原因：_。(4)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系如圖所示。濾液中加入萃取劑的作用是_；使用萃取劑適宜的pH是_。A接近2.0B接近3.0C接近4.0(5)“除鈣、鎂”是將溶液中Ca2與Mg2轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。已知Ksp(MgF2)7.35×1011、Ksp(CaF2)1.05×1010。當加入過量NaF后，所得濾液c(Mg2)/c(Ca2)_。解析：(1)亞硫酸鈉溶液具有還原性，在浸出過程中加入Na2SO3的目的是將Fe3、Co3還原。(2)NaClO3的作用是將浸出液中的Fe2氧化成Fe3，產(chǎn)物中氯元素處于最低化合價1價，則根據(jù)氧化還原反應得失電子守恒，該反應的離子方程式為ClO6Fe26H=6Fe3Cl3H2O。(3)加Na2CO3能使浸出液中Fe3、Al3轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀的原因是：Fe33H2OFe(OH)33H、Al33H2OAl(OH)33H，加入碳酸鈉后，H與CO反應，使水解平衡右移，從而產(chǎn)生沉淀。(4)根據(jù)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系。濾液中加入萃取劑的作用是除掉錳離子；使用萃取劑適宜的pH是接近3.0。(5)“除鈣、鎂”是將溶液中Ca2與Mg2轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。當加入過量NaF后，得到的是MgF2、CaF2的過飽和溶液，根據(jù)溶液中氟離子的濃度相等，則所得濾液c(Mg2)/c(Ca2)Ksp(MgF2)/Ksp(CaF2)7.35×1011/1.05×10100.7。答案：(1)Fe3、Co3(2)ClO6Fe26H=6Fe3Cl3H2O(3)溶液中存在平衡Fe33H2OFe(OH)33H、Al33H2OAl(OH)33H，加入碳酸鈉后，H與CO反應，使水解平衡右移，從而產(chǎn)生沉淀(4)除去Mn2B(5)0.7