2022届高考化学人教版二轮专题复习训练-热练(五)化工流程中反应条件的控制与目的

热练(五)化工流程中反应条件的控制与目的1．(1)一种由菱镁矿(主要成分MgCO3、CaCO3、FeCO3、SiO2)制备高纯氢氧化镁的工艺如图：若要得到高纯Mg(OH)2，需对“沉镁”步骤所得的固体进行洗涤，检验固体已洗净的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)碱式氧化镍(NiOOH)可用作镍氢电池的正极材料。以含镍(Ni2＋)废液为原料生产NiOOH的一种工艺流程如图：则加入Na2CO3溶液时，确认Ni2＋已经完全沉淀的实验方法是___________________________________________________________________________________________________________。答案(1)取最后一次洗涤滤液，加入硝酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则已洗净(其他合理答案也可)(2)静置，在上层清液中继续滴加1～2滴Na2CO3溶液，无沉淀生成解析(1)加入MgSO4使CaCl2转化为CaSO4除去，再通入NH3，使Mg2＋形成沉淀，过滤即可得氢氧化镁，滤液为NH4Cl和少量(NH4)2SO4溶液，可循环利用。(2)确认Ni2＋已经完全沉淀，即溶液中无Ni2＋的实验方法是静置，在上层清液中继续滴加1～2滴Na2CO3溶液，无沉淀生成。2．以粉煤灰(主要成分为Al2O3、SiO2，还含少量Fe2O3等)为原料制取氧化铝的部分工艺流程如图：(1)“酸浸”过程发生的主要反应的离子方程式是________________________________。“酸浸”在恒容密闭反应釜中进行，温度不宜过高的原因是_______________________。(2)“除铁”生成Fe(OH)3的离子方程式为_______________________________________，检验溶液中铁元素已经除尽的方法是__________________________________________。(3)“结晶”是向浓溶液中通入HCl气体，从而获得AlCl3·6H2O晶体的过程，溶液中Al3＋和盐酸的浓度随通气时间的变化如图所示。Al3＋浓度减小的原因是______________________。(4)上述流程中，可以循环利用的物质是____________________________________。答案(1)Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O温度太高，盐酸大量挥发会引起容器内压强过大，导致反应釜损坏(2)Fe3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Fe(OH)3↓＋3CO2↑静置，取少量上层清液于试管中，滴入KSCN溶液，溶液不变红色(3)盐酸浓度增大，溶液中Cl－浓度增大，促进Al3＋形成AlCl3·6H2O晶体析出(4)HCl(或盐酸)解析粉煤灰加浓盐酸酸浸，Al2O3和Fe2O3溶解、SiO2不溶，过滤得滤渣，主要成分是SiO2，向滤液中加入NH4HCO3，溶液中的Fe3＋与HCOeq\o\al(－,3)发生相互促进的水解反应使铁元素沉淀，向滤液中通入HCl气体，使Al3＋形成AlCl3·6H2O晶体析出，煅烧AlCl3·6H2O，由于HCl大量挥发，促进了Al3＋水解，煅烧最终生成了Al2O3。(1)“酸浸”过程发生的主要反应的离子方程式是Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O；“酸浸”在恒容密闭反应釜中进行，温度不宜过高，因为温度太高，盐酸大量挥发会引起容器内压强过大，导致反应釜损坏。(2)“除铁”生成Fe(OH)3的离子方程式为Fe3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Fe(OH)3↓＋3CO2↑；检验溶液中铁元素已经除尽的方法是静置，取少量上层清液于试管中，滴入KSCN溶液，溶液不变红色，说明铁已除尽。(3)“结晶”是向浓溶液中通入HCl气体，随着气体的通入，盐酸浓度增大，溶液中Cl－浓度增大，平衡Al3＋＋3Cl－＋6H2OAlCl3·6H2O向正反应方向移动，促进Al3＋形成AlCl3·6H2O晶体析出。(4)题述流程中，可以循环利用的物质是HCl或盐酸。3．(2020·开封高三三模)钛酸锰(MnTiO3)纳米材料是一种多用途催化剂。工业上用红钛锰矿(主要成分有MnTiO3，还含有少量FeO、Fe2O3、SiO2等杂质)来制备MnTiO3，其工艺流程如图所示：已知：①红钛锰矿“酸溶”后Ti元素主要以TiO2＋的形式存在；②H2TiO3不溶于无机酸和碱，不溶于水；③在空气中加热无水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4。回答下列问题：(1)“粉碎”的目的是__________________________________________________________。(2)“酸溶”中发生的主要反应化学方程式为_______________________________。(3)为了更好地把滤渣2分离出来，除搅拌外，还需要________(填操作名称)。(4)“氧化”的氧化剂选用的是高锰酸钾，而不选择通常人们认可的绿色氧化剂“双氧水”，除了高锰酸钾氧化性强、反应快之外，还可能的原因是__________________________(写出一条即可)。(5)“沉锰”的条件一般控制在45℃以下的原因是_________________________________________________________________________________________________________________。(6)TiO2＋的水解率受温度和H＋浓度的影响如图所示，TiO2＋最适宜的水解条件是________________________________________________________________________。(7)测定所得MnCl2·xH2O晶体中结晶水的含量。取29.70g样品加热分解，热重曲线(TG)如图所示。所得氯化锰晶体x的值是________。答案(1)增大接触面积，加快反应速率，提高浸取率(2)MnTiO3＋2H2SO4=MnSO4＋TiOSO4＋2H2O(3)加热(4)根据反应过程中颜色变化可以判断Fe2＋是否氧化完全(或Fe2＋、Fe3＋存在时，加速H2O2分解，导致原料利用率太低，答案合理即可)(5)升温可以加快反应速度，但超过45℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45℃以下可以提高原料利用率(转化率)(6)温度105℃，H＋浓度0.90g·L－1(7)4解析(5)沉锰的反应为MnSO4＋2NH4HCO3=(NH4)2SO4＋MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，“沉锰”的条件一般控制在45℃以下的原因是升温可以加快反应速度，但超过45℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45℃以下可以提高原料利用率(转化率)。(7)由题中信息，在空气中加热无水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4。200℃时，失去全部结晶水，eq\f(18.90,126)∶eq\f(29.70－18.90,18)＝1∶x，x＝4，所得氯化锰晶体x的值是4。4．MnCl2·4H2O是玫瑰色易溶于水的晶体，主要用于医药合成及饲料辅助剂、分析试剂、染料和颜料制造，工业上用菱锰矿(主要成分为MnCO3，含有Fe2O3、FeCO3、Al2O3等杂质)为原料生产MnCl2的工艺流程如图：下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2开始沉淀的pH2.16.53.78.8沉淀完全的pH3.39.74.710.8(1)为了提高锰元素的浸出率，在“酸浸”时可采取的措施有__________________(写一条即可)。(2)加入H2O2时发生主要反应的离子方程式为____________________________________。(3)“调pH”时，控制溶液pH的范围为_________________________________________。(4)碳酸锰已完全沉淀的简单实验方法是__________________________________________。(5)流程中由溶液得到MnCl2·4H2O的实验操作步骤依次为______________、过滤、洗涤、干燥。=2Fe3＋＋2H2O(3)4.7≤pH<8.8(4)上层清液呈无色(5)蒸发浓缩、冷却结晶解析根据流程可知，菱锰矿加盐酸酸浸后的酸性溶液中主要含有H＋、Mn2＋、Fe2＋、Fe3＋、、Al3＋全部沉淀，滤渣为Fe(OH)3、Al(OH)3，滤液主要含有Mn2＋，加入Na2CO3溶液沉淀Mn2＋，将得到的MnCO3沉淀用盐酸溶解得到二氧化碳和MnCl2溶液，将MnCl2溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到MnCl2·4H2O。(1)为了提高锰元素的浸出率，在“酸浸”时可采取的措施有将菱锰矿磨成粉末、搅拌、适当升高温度、提高溶液中酸的浓度。(2)H2O2具有氧化性，加入H2O2氧化Fe2＋为Fe3＋，离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。(3)“调pH”的目的是沉淀Fe3＋、Al3＋，但不沉淀Mn2＋，根据表格数据可知，应该控制溶液pH的范围为4.7≤pH＜8.8。(4)由于Mn2＋的水溶液为玫瑰色，所以可通过观察滤液的颜色来判断碳酸锰是否完全沉淀。(5)将MnCl2溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到MnCl2·4H2O。5．以金属切削废料(由铁屑和镍钴合金、金刚砂组成)为原料回收镍钴生产NiSO4·7H2O和CoCl2·6H2O的工艺如图：已知：①相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Co3＋Co2＋Fe3＋Fe2＋Ni2＋开始沉淀的pH0.37.21.56.36.9沉淀完全的pH1.19.22.88.38.9②常温下，Ksp(NiCO3)＝1.0×10－7。回答下列问题：(1)将废料研磨成粉的作用是_____________________________________________。(2)理论上“除铁”需控制pH的范围为__________，“滤渣2”中除Fe(OH)3外，还有少量黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]，写出Fe3＋生成黄钠铁矾的离子方程式：______________________________________________________________________________________________。(3)“钴镍分离”后溶液中c(Ni2＋)＝1.0mol·L－1，若“滤液2”中c(COeq\o\al(2－,3))＝10－5mol·L－1，则沉镍率＝__________________________[沉镍率＝eq\f(因沉淀减少的cNi2＋,沉镍前cNi2＋)]。(4)“转化”时产生的气体为________________。答案(1)增大固液接触面积，加快酸溶速率，提高原料利用率(2)2.8～6.9(或2.8≤pH＜6.9)6Fe3＋＋4SOeq\o\al(2－,4)＋2Na＋＋12OH－=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓(3)99%(或0.99)(4)Cl2解析(2)“除铁”需控制pH的范围为2.8～6.9(或2.8≤pH＜6.9)；根据流程可知，黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]的生成需要Fe3＋、SOeq\o\al(2－,4)、Na＋、OH－，反应的离子方程式为6Fe3＋＋4SOeq\o\al(2－,4)＋2Na＋＋12OH－=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓。L－1＝0.01mol·L－1，沉镍率为eq\f(1.0mol·L－1－0.01mol·L－1,1.0mol·L－1)＝0.99。(4)据图分析，转化时Co(OH)3将HCl氧化，HCl转化为Cl2。6．以软锰矿(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料合成新型的环保催化剂(OMS-2)的工艺流程如图：(1)“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________；调pH后再过滤主要除去________元素。(2)滤液X可进一步分离出多种化合物，其一为盐类，该盐在农业生产中可用作___________________________________________________________________________________________。(3)OMS-2是一种纳米级的分子筛。分别用OMS-2和MnOx对甲醛进行催化氧化，在相同时间内甲醛转化率和温度的关系如图：由图可知，OMS-2与MnOx相比，催化效率较高的是_______________________________，原因是_______________________________________________________________________。答案(1)90℃Fe(或铁)(2)钾肥(3)OMS-2OMS-2颗粒小，表面积大，吸附的反应物浓度更高，反应速率更快解析(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成，温度越高MnS2O6的生成率越低，“浸锰”的适宜温度是90℃；软锰矿浆加过量SO2“浸锰”，过滤后滤液中含有Fe2＋，加入H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，调节pH将铁元素除去。(2)滤液X中含有K2SO4、H2SO4，K2SO4在农业生产中可用作钾肥。(3)由图像可以看出，相同温度下，OMS-2作催化剂时催化效率较高，因纳米级OMS-2比MnOx表面积大，吸附的反应物浓度更高，反应速率更快。7．硫酸镍铵是重要的分析试剂和电镀材料。某矿渣的主要成分是NiFe2O4(铁酸镍)、NiO、FeO、CaO、SiO2等，图为从该矿渣中回收硫酸镍铵的工艺流程图。已知：(NH4)2SO4在350℃以上会分解生成NH3和H2SO4；NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3；锡(Sn)位于第五周期第ⅣA族。(1)焙烧前将矿渣与(NH4)2SO4混合研磨，混合研磨的目的是_____________________________________________________________________________________________。(2)“