【创新设计】2021高考化学(江苏专用)二轮题型专攻：微题型14-无机化学工艺流程题(含新题及解析)

[题型专练]1．氯化铁是常见的水处理剂，无水FeCl3的熔点为555K，沸点为588K。工业上制备无水FeCl3的一种工艺流程如下：(1)氯化铁能用作水处理剂的缘由是__________________________________(用必要的文字和化学方程式说明)。(2)吸取塔中吸取剂X是________________________，有关反应的离子方程式是________________________。(3)温度超过673K时，捕集器中捕集到的物质的相对分子质量为325，该物质的分子式为________________。(4)从副产物FeCl3溶液中获得FeCl3·6H2O的方法是_______________________。(5)用FeCl3溶液(32%～35%)腐蚀印刷线路板的废液中含FeCl3、FeCl2和CuCl2。用化学方法回收废液中铜的方法是__________________________(用反应式表示并简述操作要点)。解析(1)FeCl3是强酸弱碱盐，能水解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体可吸附并沉降水中悬浮的杂质，用作净水剂。(2)铁屑与氯气在反应炉中发生放热反应，反应炉中的温度很高，所以尾气中含有Cl2和FeCl3，用吸取剂FeCl2溶液可吸取此尾气得到FeCl3溶液。(3)FeCl3的相对分子质量为162.5，所以捕集器中相对分子质量为325的物质为Fe2Cl6。(4)FeCl3水解生成的HCl易挥发，直接在空气中加热FeCl3溶液不能得到FeCl3·6H2O，为了抑制FeCl3水解，可在HCl气氛中加热浓缩FeCl3溶液，然后冷却结晶。答案(1)FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl，Fe(OH)3胶体能吸附并沉降水中悬浮的物质(2)FeCl2溶液2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－(3)Fe2Cl6(4)在HCl气氛中加热浓缩FeCl3溶液，然后冷却结晶(5)加过量铁粉，发生反应CuCl2＋Fe=FeCl2＋Cu，过滤，分别得到的固体再与盐酸反应以溶解残留的铁，过滤得到铜(或过滤、洗涤、干燥后，用磁铁吸去铁可得到铜)2．轻质碳酸镁是广泛应用于橡胶、塑料、食品和医药工业的化工产品，以卤块(主要成分为MgCl2，含Fe2＋、Fe3＋、Mn2＋等杂质离子)为原料制备轻质碳酸镁的工艺流程如下：已知生成氢氧化物沉淀的pH见下表：物质开头沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8Mg(OH)29.911.1注：Fe(OH)2沉淀呈絮状，不易从溶液中除去。(1)“氧化”一步中发生反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________。(2)“调整pH”一步应调整溶液的pH＝9.8，其目的是______________________________________________________________________________。(3)“热解”一步温度把握在75℃____________________________________________________________。(4)从“过滤2”(5)轻质碳酸镁的成分为碱式碳酸镁[MgCO3·Mg(OH)2·3H2O]，则“热解”一步发生反应的离子方程式为_____________________________________________。解析由于卤块主要成分为氯化镁，其中含有Fe3＋、Fe2＋、Mn2＋等杂质离子，通过生产流程最终得到轻质碳酸镁，因此加盐酸溶解后，溶液中主要有Mg2＋、Fe3＋、Fe2＋、Mn2＋和Cl－等，加次氯酸钠主要是将Fe2＋氧化为Fe3＋，由各种氢氧化物生成沉淀的pH可知，加入烧碱的目的主要是把溶液中的Fe3＋和Mn2＋转化为沉淀，而Mg2＋留存溶液中，加入碳酸氢铵的目的是生成轻质碳酸镁沉淀。(1)离子反应为ClO－＋2H＋＋2Fe2＋=2Fe3＋＋Cl－＋H2O。(2)调整pH＝9.8的目的是使溶液中的Fe3＋和Mn2＋生成对应的氢氧化物沉淀而除去，而Mg2＋不生成沉淀留存在溶液中。(3)加热温度至75℃是为了提高碳酸氢铵和氯化镁溶液反应速率，但假如温度过高会导致碳酸氢铵分解。(4)由加入的反应物及有关反应关系知，过滤得到轻质碳酸镁后的滤液中主要有氯化钠和氯化铵，因此通过结晶可以回收得到两种盐。(5)热解时在氯化镁溶液中加入碳酸氢铵，生成轻质碳酸镁，因此有关反应可以表示为2Mg2＋＋4HCOeq\o\al(－,3)＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(△))MgCO3·Mg(OH)2·3H2O↓＋3CO2↑。答案(1)ClO－＋2H＋＋2Fe2＋=2Fe3＋＋Cl－＋H2O(2)使Fe3＋、Mn2＋等杂质离子生成氢氧化物沉淀除去，且尽量避开Mg2＋转化为沉淀(3)温度太低，反应速率慢，温度太高，NH4HCO3会分解(4)NaCl、NH4Cl(5)2Mg2＋＋4HCOeq\o\al(－,3)＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(△))MgCO3·Mg(OH)2·3H2O↓＋3CO2↑3．硝酸锌常用于工业电镀、媒染剂等，用粗锌[含少量Zn2(OH)2CO3、Fe和Cu]和硝酸为原料制备硝酸锌的试验流程如下：活泼金属(如Zn、Fe、Mg等)与不同浓度HNO3溶液反应时主要还原产物不同。如图是Fe与不同浓度HNO3溶液反应时的主要还原产物。(1)滤渣的成分是________(填化学式)。(2)Zn2(OH)2CO3与硝酸反应的离子方程式为____________________________________________________________________________________。(3)酸溶过程锌与硝酸反应生成NHeq\o\al(＋,4)的离子方程式为___________________________________________________________________________________。(4)利用下图装置对酸溶过程产生的气体A进行回收循环利用。①气体X为____________________(填化学式)。②Ⅱ中发生反应的化学方程式为_________________________________。③装置Ⅲ的作用是______________________________________________。解析(1)粗锌溶解后，溶液中有Zn2＋、Fe3＋、Cu2＋，加入过量锌除去Fe3＋、Cu2＋，滤渣为Fe、Cu，还有过量的锌。(3)反应物为Zn＋H＋＋NOeq\o\al(－,3)，生成物为Zn2＋＋NHeq\o\al(＋,4)＋H2O，依据原子守恒、电荷守恒和电子转移守恒配平。(4)气体A为氮氧化物，气体X为O2，两者混合能被水吸取。没有被水吸取的氮氧化物和氧气在Ⅲ中被NaOH溶液吸取。答案(1)Fe、Cu、Zn(2)Zn2(OH)2CO3＋4H＋=2Zn2＋＋3H2O＋CO2↑(3)4Zn＋10H＋＋NOeq\o\al(－,3)=4Zn2＋＋NHeq\o\al(＋,4)＋3H2O(4)①O2②4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3③除去氮氧化物，防止污染4．软锰矿是制备二氧化锰的原料，软锰矿中含有二氧化硅、氧化铜、氧化铁、氧化铝、氧化锌等杂质。工业上以软锰矿为原料制备高纯二氧化锰的工艺流程图如下：(1)酸性条件下，FeSO4将MnO2还原为MnSO4，那么加入的酸M为________，该反应的离子方程式为_________________。(2)制备二氧化锰工艺流程中涉及的阳离子以氢氧化物的形式完全沉淀时溶液的pH如下表：沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Cu(OH)2Mn(OH)2pH5.23.29.76.710.4由流程图信息和表格中数据可知滤渣b的主要成分是________(填化学式)。调整溶液pH＝5.4需加入试剂N，N可以是________。a．CO2 b．稀硫酸c．NH3 d．氨水(3)部分硫化物的溶度积常数(Ksp)如下表：硫化物CuSZnSMnSFeSKsp6.3×10－362.9×10－252.5×10－136.3×10－18由表格中的数据推知流程图中向滤液B中加入MnS的作用是____________________________________________。解析(1)硝酸具有氧化性，会氧化Fe2＋，盐酸会引入Cl－杂质，故应加入稀硫酸。(2)由表格中的数据可知pH＝5.4时，Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全；由于开头时向软锰矿中加入了过量的硫酸，所以滤液A酸性很强，需要加碱性物质，使溶液pH＝5.4。(3)表格中MnS的溶度积最大，将MnS加入到含有Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋的溶液中，能够使溶度积更小的物质沉淀。答案(1)稀硫酸MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O(2)Fe(OH)3、Al(OH)3cd(3)使溶液中的Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋转化为沉淀5．石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质，设计的提纯与综合利用工艺如下：(注：SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150(1)向反应器中通入Cl2前，需通一段时间N2，主要目的是_______________________________________。(2)高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，气体Ⅰ中的碳氧化物主要为____________，由气体Ⅱ中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为____________________。(3)步骤①为：搅拌、________________，所得溶液Ⅳ中的阴离子有________________。(4)由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的总反应的离子方程式为________________________，100kg初级石墨最多可获得Ⅴ的质量为________kg。(5)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注。解析(1)向反应器中通入Cl2前，通一段时间N2的主要目的是排净反应器中的空气，作为爱护气，防止石墨在高温下被氧化。(2)初级石墨中的氧化物杂质主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO，经高温反应后，均转变为相应的氯化物，则氧元素与碳(过量)在高温下结合为CO，故气体Ⅰ中的碳氧化物主要为CO,80℃冷凝气体Ⅰ，由于SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃，故气体Ⅱ为SiCl4。SiCl4与NaOH溶液反应得到Na2SiO3方程方式为SiCl4＋6NaOH=Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O。(3)由(2)知，固体Ⅲ为AlCl3、FeCl3、MgCl2，加入过量NaOH溶液，Al3＋转变为AlOeq\o\al(－,2)，而Fe3＋、Mg2＋转化为Fe(OH)3、Mg(OH)2沉淀，故步骤①为：搅拌、过滤，所得溶液Ⅳ中的Z阴离子有AlOeq\o\al(－,2)、OH－、Cl－。(4)溶液Ⅳ中加入乙酸乙酯，消耗了OH－，促进AlOeq\o\al(－,2)的水解，最终转化为Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为CH3COOCH2CH3＋AlOeq\o\al(－,2)＋2H2Oeq\o(→,\s\up7(△))Al(OH)3↓＋CH3COO－＋CH3CH2OH,100kg石墨中含Al2O3为5.1kg，依据原子守恒Al(OH)3的质量为eq\f(5.1kg×1000g/kg,102g·mol－1)×2×78g·mol－1＝7800g＝7.8kg。(5)用石墨爱护铜，应使用外加电流的阴极爱护法，铜作阴极，石墨作阳极，如图。答案(1)排出装置中的氧气，防止初级石墨被氧化(2)CoSiCl4＋6NaOH=Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O(3)过滤OH－、AlOeq\o\al(－,2)和Cl－(4)CH3COOCH2CH3＋AlOeq\o\al(－,2)＋2H2Oeq\o(→,\s\up7(△))Al(OH)3↓＋CH3COO－＋CH3CH2OH7.8(5)6．我国有丰富的锆英石资源，其主要成分是ZrSiO4，还含有Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质，生产锆的流程之一如下：已知：锆(Zr)合金是核反应堆燃料棒的包裹材料，二氧化锆(ZrO2)可以制造耐高温纳米陶瓷。(1)上述流程中高温气化的反应是氧化还原反应(碳转化成CO)，其中氧化剂是________，转移1.204×1024个电子时，生成SiCl4________g。(2)写出ZrCl4与水反应的化学方程式：____________________________，写出ZrOCl2·8H2O在900℃条件下分解的化学方程式：__________________________________________________________________________________。(3)下列关于二氧化锆纳米陶瓷和锆合金的说法不正确的是________。A．1nm＝10－10B．锆合金的硬度比纯锆要高C．二氧化锆纳米陶瓷是新型无机非金属材料(4)一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。在熔融电解质中，O2－向________(填“正”或“负”)极移动。电池的负极反应式为________________________。解析(1)结合高温气化过程的反应物为Cl2、C和ZrSiO4，产物为CO、ZrCl4、SiCl4，可写出该反应的化学方程式为4C＋4Cl2＋ZrSiO4eq\o(=,\s\up7(高温))ZrCl4＋SiCl4＋4CO，即得氧化剂是Cl2；每生成1molSiCl4，转移4×2mol电子，故转移1.204×1024个(2mol)电子时，生成SiCl40.25mol，即其质量为42.5g。(2)结合流程图知，ZrCl4与水发生反应得到ZrOCl2·8H2O,900℃高温条件下ZrOCl2·8H2O分解得到ZrO2。(3)1nm＝10－9m，A项错误。(4)O2在正极得电子形成的O2－(阴离子)移向负极，C4H10在负极失电子后与O2－结合。答案(1)Cl242.5(2)ZrCl4＋9H2O=ZrOCl2·8H2O＋2HClZrOCl2·8H2Oeq\o(=,\s\up7(900℃))ZrO2＋2HCl↑＋7H2O↑(3)A(4)负C4H10－26e－＋13O2－=4CO2＋5H2O,[对点回扣]1．流程示意图的分析思路2．无机化工流程题的审题角度化工生产流程题中经常会消