化学工艺流程专项训练答案解析

化学工艺流程答案解析考点一侧重考查物质转化的工艺流程题1．某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如下：已知：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3；②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：回答下列问题：(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为____________。

a．进一步粉碎矿石b．鼓入适当过量的空气c．降低焙烧温度(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②________________________________________________________________________。

(4)滤渣的主要成分为____________(填化学式)。

(5)生成气体A的离子方程式为__________________________________________。

(6)加入金属Bi的目的是______________________________________________。

解析：联合焙烧：由已知信息①和第(2)问题干可知，发生转化：Bi2S3,Bi2O3＋SO2、FeS2,Fe2O3＋SO2、MnO2,Mn2O3＋MnSO4，故联合焙烧后得到Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3、MnSO4和SiO2；水浸：MnSO4进入滤液，滤渣为Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3和SiO2；酸浸：加入过量浓盐酸后，Bi2O3和Fe2O3发生转化：Bi2O3,Bi3＋、Fe2O3,Fe3＋，因Mn2O3有氧化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O，气体A为Cl2，滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO 2，滤液中金属离子为Bi 3＋、Fe 3＋、Mn 2＋；第(4)(5)问转化：由已知信息②知，Fe 的金属活动性强于Bi ，且调pH ＝2.6时Mn 2＋和Fe 2＋进入滤液，可知加入金属Bi 的目的是将Fe 3＋还原为Fe 2＋。

答案：(1)ab (2)2Bi 2S 3＋9O 2=====高温2Bi 2O 3＋6SO 2 (3)抑制金属离子水解 (4)SiO 2(5)Mn 2O 3＋6H ＋＋2Cl －===2Mn 2＋＋Cl 2↑＋3H 2O (6)将Fe 3＋转化为Fe 2＋2．工业上以铬铁矿(FeCr 2O 4，含Al 、Si 氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na 2Cr 2O 7·2H 2O)的工艺流程如下。

回答下列问题：(1)焙烧的目的是将FeCr 2O 4转化为Na 2CrO 4并将Al 、Si 氧化物转化为可溶性钠盐，焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是_______________________________________________。

(2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c 与pH 的关系如图所示。

当溶液中可溶组分浓度c ≤1.0×10－5 mol·L－1时，可认为已除尽。

中和时pH 的理论范围为__________；酸化的目的是__________；Fe 元素在__________(填操作单元的名称)过程中除去。

(3)蒸发结晶时，过度蒸发将导致________________________________________；冷却结晶所得母液中，除Na 2Cr 2O 7外，可在上述流程中循环利用的物质还有____________________。

解析：以铬铁矿(FeCr 2O 4，含Al 、Si 氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na 2Cr 2O 7·2H 2O)过程中，向铬铁矿中加入纯碱和O 2进行焙烧，FeCr 2O 4转化为Na 2CrO 4，Fe(Ⅱ)被O 2氧化成Fe 2O 3，Al 、Si 氧化物转化为NaAlO 2、Na 2SiO 3，加入水进行“浸取”，Fe 2O 3不溶于水，过滤后向溶液中加入H 2SO 4调节溶液pH ，使AlO －2、SiO 2－3转化为沉淀过滤除去，再向滤液中加入H 2SO 4，将Na 2CrO 4转化为Na 2Cr 2O 7，将溶液蒸发结晶除去Na 2SO 4，所得溶液冷却结晶得到Na 2Cr 2O 7·2H 2O 晶体，母液中还含有大量H 2SO 4。

据此解答。

(1)焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是利用热量使O 2向上流动，增大固体与气体的接触面积，即增大反应物接触面积，提高化学反应速率。

(2)中和时调节溶液pH目的是将AlO－2、SiO2－3转化为沉淀过滤除去，由图可知，当溶液pH≥4.5时，Al3＋除尽，当溶液pH＞9.3时，H2SiO3会再溶解生成SiO2－3，因此中和时pH的理论范围为4.5≤pH≤9.3；将Al元素和Si元素除去后，溶液中Cr元素主要以Cr2O2－7和CrO2－4的形式存在，溶液中存在平衡：2CrO2－4＋2H＋,\s\up6(),\s\do4())Cr2O2－7＋H2O，降低溶液pH，平衡正向移动，可提高Na2Cr2O7的产率；由上述分析可知，Fe元素在“浸取”操作中除去。

(3)蒸发结晶时，Na2SO4主要以Na2SO4·10H2O的形式存在，Na2SO4·10H2O的溶解度随温度升高先增大后减小，若蒸发结晶时，过度蒸发将导致所得溶液中含有大量Na2SO4·10H2O；由上述分析可知，流程中循环利用的物质除Na2Cr2O7外，还有H2SO4。

答案：(1)增大反应物接触面积，提高化学反应速率(2)4.5≤pH≤9.3使2CrO2－4＋2H＋Cr2O2－7＋H2O平衡正向移动，提高Na2Cr2O7的产率浸取(3)所得溶液中含有大量Na2SO4·10H2O H2SO41．图解工艺流程2．原料预处理的六种方法方法目的研磨减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率水浸与水接触反应或溶解酸浸与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去碱浸除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物灼烧除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质煅烧改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土3.控制条件的六种方法(1)调节溶液的pH。

常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

调节pH所需的物质一般应满足两点：①能与H ＋反应，使溶液pH 变大；②不引入新杂质，如要除去Cu 2＋中混有的Fe 3＋时，可加入CuO 、Cu(OH)2或Cu 2(OH)2CO 3等物质来调节溶液的pH ，不可加入NaOH 溶液、氨水等。

(2)控制温度。

根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。

(3)控制压强。

改变速率，影响平衡。

(4)使用合适的催化剂。

加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间。

(5)趁热过滤。

防止某物质降温时析出。

(6)冰水洗涤。

洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。

NaBiO 3(铋酸钠，浅黄色不溶于冷水的固体)是分析化学常用试剂。

工业上以辉铋矿粉(主要成分是Bi 2S 3，含少量SiO 2、Cu 2S 、FeS 2等杂质)为原料制备铋酸钠的流程如下：请回答下列问题：(1)Cu 元素位于元素周期表第____________周期第____________族。

用硝酸替代“盐酸，NaClO 3”也可以实现“酸浸”，从环保角度考虑，存在的缺点是____________。

(2)检验“酸浸”液中是否含Fe 2＋，可选择的试剂是____________(填字母)。

A ．KSCN 溶液 B ．K 3[Fe(CN)6]溶液 C ．KSCN 溶液和双氧水(3)“除铁”的离子方程式为____________。

(4)已知K sp [Cu(OH)2]＝2.0×10－20，Cu 2＋(aq)＋4NH 3·H 2O(aq)[Cu(NH 3)4]2＋(aq)＋4H 2O(l)的平衡常数K 1＝2.0×1013。

Cu(OH)2(s)＋4NH 3·H 2O(aq)[Cu(NH 3)4]2＋(aq)＋2OH －(aq)＋4H 2O(l)的平衡常数K 2＝____________。

(5)探究NaBiO 3的性质：实验操作现象Ⅰ取少量NaBiO 3粉末于试管中，加入浓盐酸，振荡；用镊子夹一块湿润的淀粉­KI 试纸放置在试管口上方 浅黄色固体溶解，产生黄绿色气体，试纸变蓝Ⅱ在稀硫酸酸化的MnSO 4溶液中加入NaBiO 3粉末，振荡无色溶液变紫红色溶液②结合上述实验及所学知识，在酸性条件下，MnO －4、NaBiO 3、Cl 2的氧化性由强到弱的顺序是____________(填化学式)。

解析：本实验由辉铋矿粉加入盐酸、NaClO3溶解，将铁氧化成三价铁、铜氧化为二价铜，除去浸渣，滤液中加入CuO调节pH，除去Fe3＋，加入过量氨水除去铜，所得固体中加入NaOH、Cl2氧化得到NaBiO3，据此分析回答问题。

(1)Cu元素是29号元素，Cu元素位于元素周期表第四周期第ⅠB族。

用硝酸替代“盐酸，NaClO3”实现“酸浸”，硝酸具有强氧化性，还原产物为氮的氧化物，故从环保角度考虑，存在的缺点是产生大气污染物NO x；(2)A.Fe2＋遇KSCN无现象，A错误。

B.可用K3[Fe(CN)6]溶液检验是否含Fe2＋，若生成蓝色沉淀，则证明有Fe2＋，B正确。

C.因溶液中有Fe3＋，故不能用KSCN溶液和双氧水，C错误；(3)由分析可知，加入CuO调节pH，生成氢氧化铁沉淀，故离子方程式为2Fe3＋＋3H2O＋3CuO===2Fe(OH)3＋3Cu2＋；(4)氢氧化铜的沉淀溶解平衡可表示为①Cu(OH)2(s)Cu2＋(aq)＋2OH－(aq)，K sp[Cu(OH)2]＝2.0×10－20，②Cu2＋(aq)＋4NH3·H2O(aq)[Cu(NH3)4]2＋(aq)＋4H2O(l)的平衡常数K1＝2.0×1013，①＋②得Cu(OH)2(s)＋4NH3·H2O(aq) [Cu(NH3)4]2＋(aq)＋2OH－(aq)＋4H2O(l)，故K2＝K sp[Cu(OH)2]·K1＝4.0×10－7；(5)①实验Ⅱ中的现象为无色溶液变紫红色溶液，说明有MnO－4生成，离子方程式为5NaBiO3＋2Mn2＋＋14H＋===2MnO－4＋5Bi3＋＋5Na＋＋7H2O；②根据Ⅰ中现象产生黄绿色气体，试纸变蓝，且氧化剂的氧化性大于氧化产物可知，氧化性：NaBiO3>Cl2，根据实验Ⅱ反应的离子方程式5NaBiO3＋2Mn2＋＋14H＋===2MnO－4＋5Bi3＋＋5Na＋＋7H2O可知，氧化性：NaBiO3> MnO－4，根据酸性高锰酸钾可用于制备氯气可知，氧化性：MnO－4>Cl2, 综上可知酸性条件下氧化性：NaBiO3>MnO－4>Cl2。