2022版备战老高考一轮复习化学第3讲 化学工艺流程-物质的制备与提纯（作业）

课时跟踪检测(四十四)化学工艺流程——物质的制备与提纯(题型课)1．(2020·北京高考)MnO2是重要化工原料，由软锰矿制备MnO2的一种工艺流程如下：软锰矿eq\o(→,\s\up7(),\s\do5(研磨))eq\o(→,\s\up7(过量较浓H2SO4、过量铁屑),\s\do5(溶出（20℃）))Mn2＋溶出液eq\o(→,\s\up7(),\s\do5(纯化))Mn2＋纯化液eq\o(→,\s\up7(),\s\do5(电解))MnO2资料：①软锰矿的主要成分为MnO2，主要杂质有Al2O3和SiO2。②金属离子沉淀的pHFe3＋Al3＋Mn2＋Fe2＋开始沉淀时1.53.45.86.3完全沉淀时2.84.77.88.3③该工艺条件下，MnO2与H2SO4不反应。(1)溶出①溶出前，软锰矿需研磨。目的是_____________________________________________________________________________________________________________________。②溶出时，Fe的氧化过程及得到Mn2＋的主要途径如图所示。ⅰ.Ⅱ是从软锰矿中溶出Mn2＋的主要反应，反应的离子方程式是________________________________________________________________________。ⅱ.若Fe2＋全部来自于反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，完全溶出Mn2＋所需Fe与MnO2的物质的量比值为2，而实际比值(0.9)小于2，原因是_____________________________。(2)纯化已知O2的氧化性与溶液pH有关。纯化时先加入MnO2，后加入NH3·H2O，调溶液pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原因：__________________________________________________________________________________。(3)电解Mn2＋纯化液经电解得MnO2，生成MnO2的电极反应式是________________________________________________________________________。(4)产品纯度测定向ag产品中依次加入足量bgNa2C2O4和足量稀H2SO4，加热至充分反应，再用cmol·L－1KMnO4溶液滴定剩余Na2C2O4至终点，消耗KMnO4溶液的体积为dL。(已知：MnO2及MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))均被还原为Mn2＋，相对分子质量：MnO286.94；Na2C2O4134.0)产品纯度为________(用质量分数表示)。解析：(1)①研磨软锰矿可增大固体与浓硫酸的接触面积，增大反应速率，提高浸出率；②ⅰ.根据反应途径可知，二氧化锰与亚铁离子反应生成二价锰离子和铁离子，则反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Fe2＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；ⅱ.根据方程式可知，Fe与MnO2的物质的量比值为2，实际反应时，二氧化锰能够氧化单质铁为Fe2＋，导致需要的铁减少，故实际比值(0.9)小于2。(2)MnO2的氧化性与溶液pH有关，且随酸性的减弱，氧化性逐渐减弱，溶液显酸性时，二氧化锰的氧化性较强，故纯化时先加入MnO2，后加入NH3·H2O，调溶液pH≈5，除去溶液中的Al3＋、Fe3＋。(3)电解时，溶液呈酸性，Mn2＋失电子，与水反应生成二氧化锰和氢离子，则电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋4H＋。(4)根据题意可知，部分草酸钠与二氧化锰发生氧化还原反应，剩余部分再与高锰酸钾反应(5H2C2O4＋2KMnO4＋3H2SO4=K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O)，则与二氧化锰反应的草酸钠：MnO2＋Na2C2O4＋2H2SO4=Na2SO4＋MnSO4＋2CO2↑＋2H2O，则n(MnO2)＝n(Na2C2O4)＝eq\f(bg,134.0g·mol－1)－eq\f(cmol·L－1×dL,2)×5，产品纯度＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(bg,134.0g·mol－1)－\f(cmol·L－1×dL,2)×5))×86.94g·mol－1,ag)×100%＝eq\f(（b－335cd）×86.94,134.0a)×100%。答案：(1)①增大反应速率，提高浸出率②MnO2＋4H＋＋2Fe2＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O二氧化锰能够氧化单质铁为Fe2＋(2)MnO2的氧化性随酸性的减弱逐渐减弱(3)Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋4H＋(4)eq\f(（b－335cd）×86.94,134.0a)×100%2．(2021·芜湖模拟)鞣剂[Cr(OH)SO4]可用于提高皮革的耐曲折强度。一种以铬渣(含Cr2O3及少量Fe2O3、CaO、Al2O3、SiO2等杂质)为原料制备Cr(OH)SO4的工艺流程如图：回答下列问题：(1)“焙烧”时Cr2O3转化为Na2CrO4的化学方程式是________________________________________________________________________。(2)“水浸”过程中，物料的粒度(颗粒大小)对铬残余量的影响如图所示。最佳的反应条件为________目。(3)“滤渣1”中一种成分为铁铝酸四钙(Ca4Fe2Al2O10)，它是制造水泥的原料之一，用氧化物的形式表示其化学式__________________。(4)“滤渣2”主要成分为Al(OH)3和________(填化学式)，“过滤2”后，将溶液pH调至a，a________6.5(填“小于”或“大于”)，目的是__________________________________(用离子方程式表示)。(5)已知CH3OH被氧化生成CO2，写出生成Cr(OH)SO4的化学方程式__________________________________________________________________。(6)某厂用m1kg的铬渣(含Cr2O340%)制备Cr(OH)SO4，最终得到产品m2kg，产率为________。解析：(1)“焙烧”时Cr2O3转化为Na2CrO4的化学方程式是2Cr2O3＋4Na2CO3＋3O2eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())4Na2CrO4＋4CO2。(2)由图可知，“水浸”过程中，物料的粒度(颗粒大小)为60目时铬残余量最小，则最佳的反应条件为60目。(3)“滤渣1”中一种成分为铁铝酸四钙(Ca4Fe2Al2O10)，用氧化物的形式表示其化学式4CaO·Al2O3·Fe2O3。(4)“滤渣2”主要成分为Al(OH)3和H2SiO3，“过滤2”后，将溶液pH调至a，a小于6.5，目的是2CrOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H＋Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))＋H2O。(5)CH3OH被氧化生成CO2，则生成Cr(OH)SO4的化学方程式为Na2Cr2O7＋3H2SO4＋CH3OH=2Cr(OH)SO4＋Na2SO4＋CO2↑＋4H2O。(6)用m1kg的铬渣(含Cr2O340%)制备Cr(OH)SO4，最终得到产品m2kg，由Cr原子守恒可知，理论上生成的产品的质量为eq\f(m1kg×40%,152g·mol－1)×165g·mol－1×2＝eq\f(132m1,152)kg，产率为eq\f(m2,\f(132m1,152))×100%＝eq\f(38m2,33m1)×100%。答案：(1)2Cr2O3＋4Na2CO3＋3O2eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())4Na2CrO4＋4CO2(2)60(3)4CaO·Al2O3·Fe2O3(4)H2SiO3小于2CrOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H＋Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))＋H2O(5)Na2Cr2O7＋3H2SO4＋CH3OH=2Cr(OH)SO4＋Na2SO4＋CO2↑＋4H2O(6)eq\f(38m2,33m1)×100%3．Na5PW11O39Cu/TiO2膜可催化污染物的光降解，一种生产工艺流程如下，回答下列问题：(1)“溶解Ⅰ”发生的离子反应方程式为__________________________________，Na2WO4(钨酸钠)在酸性条件下有较强的氧化性，该步骤不能用浓盐酸代替浓硝酸的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)“除杂”时用过量有机溶剂萃取溶液中的NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))，再通过________方法分离杂质。(3)“溶解Ⅱ”需要加入水、乙醇和稀硫酸。①加入乙醇的目的是____________________________________________________________________________________________。②钛酸四丁酯水解生成TiO2和C4H9OH的化学方程式为_____________________________________________________________。③溶液中Cu2＋浓度为0.02mol·L－1，需调节pH小于________。{已知Ksp[Cu(OH)2]＝2×10－20}(4)焙烧温度、Na5PW11O39Cu用量对Na5PW11O39Cu/TiO2膜催化活性的影响随时间(t)变化分别如图1、图2所示。制备Na5PW11O39Cu/TiO2膜的最佳条件：焙烧温度________，Na5PW11O39Cu用量________。解析：(1)浓硝酸、HPOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))和WOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))反应生成PW11Oeq\o\al(\s\up1(7－),\s\do1(39))，化学方程式为HPOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋11WOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋17H＋=PW11Oeq\o\al(\s\up1(7－),\s\do1(39))＋9H2O；Na2WO4(钨酸钠)在酸性条件下有较强的氧化性，会和浓盐酸反应生成有毒气体氯气，污染环境。(2)“除杂”时用过量有机溶剂萃取溶液中的NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))，再通过分液方法分离杂质。(3)①“溶解Ⅱ”需要加入水、乙醇和稀硫酸，加入乙醇的目的是增大钛酸四丁酯的溶解度。②钛酸四丁酯水解生成TiO2和C4H9OH，化学方程式为Ti(OC4H9)4＋2H2O=TiO2＋4C4H9OH。③Ksp[Cu(OH)2]＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝2×10－20，则c(OH－)＝eq\r(\f(Ksp[Cu（OH）2],c（Cu2＋）))＝eq\r(\f(2×10－20,0.02))＝10－9mol·L－1，则c(H＋)＝10－5mol·L－1，pH＝－lgc(H＋)＝－lg10－5＝5。(4)由图1可知温度为100℃时Na5PW11O39Cu/TiO2膜的活性最高；由图2可知当Na5PW11O39Cu用量为3.0g时，Na5PW11O39Cu/TiO2膜的活性最高。答案：(1)HPOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋11WOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋17H＋=PW11Oeq\o\al(\s\up1(7－),\s\do1(39))＋9H2OWOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))具有强氧化性，能将盐酸氧化生成有毒气体氯气，污染环境(2)分液(3)①增大钛酸四丁酯的溶解度②Ti(OC4H9)4＋2H2O=TiO2＋4C4H9OH③5(4)100℃3.0g4．(2021·银川模拟)三氧化二钴主要用作颜料、釉料及磁性材料，利用铜钴矿石制备Co2O3的工艺流程如图1。已知：铜钴矿石主要含有CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等。请回答下列问题：(1)“浸泡”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法有____________________________(写出2种即可)。(2)“浸泡”过程中，加入Na2SO3溶液的主要作用是______________________________________________________________________________________________________。(3)向“沉铜”后的滤液中加入NaClO3溶液，写出滤液中的金属离子与NaClO3反应的离子方程式____________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)温度、pH对铜、钴浸出率的影响如图2、图3所示：①“浸泡”铜钴矿石的适宜条件为______________。②图3中pH增大时铜、钴浸出率下降的原因可能是___________________________________________________________________________________________________。(5)CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3的化学方程式是___________________________________________________________________。(6)一定温度下，向滤液A中加入足量的NaF溶液可将Ca2＋、Mg2＋沉淀而除去，若所得滤液B中c(Mg2＋)＝1.0×10－5mol·L－1，则滤液B中c(Ca2＋)为__________。[已知该温度下Ksp(CaF2)＝3.4×10－11，Ksp(MgF2)＝7.1×10－11]解析：往铜钴矿石中加入过量稀硫酸和Na2SO3溶液，“浸泡”后溶液中含有Co2＋、Cu2＋、Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋，加入Na2SO3溶液主要是将Co3＋、Fe3＋还原为Co2＋、Fe2＋，“沉铜”后先加入NaClO3溶液将Fe2＋氧化为Fe3＋，再加入Na2CO3溶液调节pH使Fe3＋形成沉淀，过滤后所得滤液A主要含有Co2＋、Mg2＋、Ca2＋，再用NaF溶液除去钙离子、镁离子，过滤后，向滤液B中加入浓Na2CO3溶液使Co2＋转化为CoCO3固体，向CoCO3固体中先加盐酸，再加草酸铵溶液得到二水合草酸钴，煅烧后制得Co2O3。(1)“浸泡”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法有升温、粉碎矿石、适当增大稀硫酸的浓度等。(2)Na2SO3具有较强的还原性，加入过量的Na2SO3溶液可将Co3＋和Fe3＋还原为Co2＋及Fe2＋。(3)由图1可知，“沉铜”后加入NaClO3溶液时，Co2＋并未被氧化，被氧化的是Fe2＋，反应的离子方程式为ClOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋6Fe2＋＋6H＋=Cl－＋6Fe3＋＋3H2O。(4)①根据图2、图3可知，“浸泡”铜钴矿石的适宜条件是温度为65～75℃、pH为0.5～1.5。②图3反映的是pH变化对铜、钴浸出率的影响，“浸泡”过程是利用H＋和CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3发生反应以浸出金属离子，当pH逐渐增大时，H＋的浓度减小，铜、钴浸出率降低。(5)CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3的化学方程式为4CoC2O4·2H2O＋3O2eq\o(=,\s\up7(高温),\s\do5())2Co2O3＋8CO2＋8H2O。(6)c(Ca2＋)＝eq\f(Ksp（CaF2）,Ksp（MgF2）)×c(Mg2＋)＝eq\f(3.4×10－11,7.1×10－11)×1.0×10－5mol·L－1≈4.8×10－6mol·L－1。答案：(1)升温、粉碎矿石、适当增大稀硫酸的浓度(写出2种即可)(2)将Co3＋、Fe3＋还原为Co2＋、Fe2＋(3)ClOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋6Fe2＋＋6H＋=Cl－＋6Fe3＋＋3H2O(4)①温度为65～75℃、pH为0.5～1.5②pH升高后溶液中c(H＋)下降，溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力降低(5)4CoC2O4·2H2O＋3O2eq\o(=,\s\up7(高温),\s\do5())2Co2O3＋8CO2＋8H2O(6)4.8×10－6mol·L－15．一种磁性材料的磨削废料的主要成分是铁镍合金(含镍质量分数约21%)，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备氢氧化镍，工艺流程如下：回答下列问题：(1)“酸溶”时，溶液中有Fe3＋、Fe2＋、Ni2＋等生成，废渣的主要成分是________；金属镍溶解的离子方程式为______________________________。(2)“除铁”时H2O2的作用是______________________，加入碳酸钠的目的是________________________________________________________________________。(3)“除铜”时，反应的离子方程式为______________________________，若用Na2S代替H2S除铜，优点是______________________。(4)已知除钙镁过程在陶瓷容器中进行，NaF的实际用量不能过多的理由为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)“酸溶”时，硅的氧化物与硫酸和硝酸均不反应，故废渣的主要成分为SiO2。“酸溶”时加入的是混酸，金属镍溶解时，Ni与硝酸发生氧化还原反应，离子方程式为5Ni＋12H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=5Ni2＋＋N2↑＋6H2O。(2)“酸溶”后所得溶液中含有Fe3＋、Fe2＋，“除铁”时H2O2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入碳酸钠的目的是调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣。(3)“除铜”时通入H2S，将Cu2＋沉淀，反应的离子方程式为H2S＋Cu2＋=CuS↓＋2H＋。H2S为易挥发的有毒气体，若用Na2S代替H2S除铜，可保护环境。(4)“除铜”时生成了CuS和H＋，溶液酸性增强，加入NaF除钙镁时，若NaF的实际用量过多，则有HF生成，HF会腐蚀陶瓷容器。答案：(1)SiO25Ni＋12H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=5Ni2＋＋N2↑＋6H2O(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣(3)H2S＋Cu2＋=CuS↓＋2H＋无易挥发的有毒气体H2S逸出，可保护环境(4)过量的F－结合H＋生成氢氟酸会腐蚀陶瓷容器6．钴被誉为战略物资，有出色的性能和广泛的应用。以水钴矿(主要成分为Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等)为原料制备CoCl2·6H2O的工艺流程如图所示：回答下列问题：(1)“酸浸”①钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如下图所示。综合考虑成本，应选择的最佳工艺条件为________；滤渣A的主要成分为________。②写出Co2O3与浓硫酸反应生成CoSO4的化学方程式：________________________________________________________________________。(2)“净化除杂”过程包括除铁、除钙镁、除铜等步骤。①除铁：加入适量Na2SO4固体，析出淡黄色晶体黄钠铁矾Na2Fe6(SO4)4(OH)12，写出反应的离子方程式：______________________________________________________________________________________________________________________________________。②除铜：加入适量Na2S2O3，发生反应：2CuSO4＋2Na2S2O3＋2H2O=Cu2S↓＋S↓＋2Na2SO4＋2H2SO4，Na2S2O3中硫元素的化合价是________，上述反应每消耗15.8gNa2S2O3，反应中转移电子________mol。(3)“萃取和反萃取”①“水相C”中的溶质主要是Na2SO4和________(写化学式)。②实验室称取100g原料(含钴11.80%)，反萃取时得到浓度为0.036mol·L－1CoCl2溶液5L，忽略损耗，钴的产率＝________(产率＝eq\f(产物中元素总量,原料中该元素总量)×100%)。解析：(1)①结合题给图像和钴的浸出率来看，综合考虑成本，应选