步步高高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 2023年 (二)化工工藝流程

(二)化工工藝流程

I.鋰輝石礦(主要含有LiAlSi2O6,還含有少量Fe2+、Mg2+)是主要鋰源，現(xiàn)利用鋰輝石礦制

取LiBr,用于高級電池的電解質(zhì)、醫(yī)用鎮(zhèn)靜劑等。工藝流程如下：

3()%

稀硫酸石灰石H2C2O4H2O2NaOH

JLIIII

鋰輝石TWWWWW]~[除鎂除鐵1

稀硫酸純堿CO(N?2)2B

TT

(除鋁I沉鋰)_1客-1降溫結(jié)晶卜血「?H2O

I

濾液

(1)鋰輝石中主要成分LiAlSi2O6改寫為氧化物形式為。

(2)工業(yè)選擇石灰石進(jìn)行“中和”而不選擇純堿主要考慮的是;在“除鎂除鐵(調(diào)節(jié)

pH*ll)”步驟中得到的濾渣中含鐵成分是:寫出“除鋁”所發(fā)生反應(yīng)的離子方

程式：。

(3)碳酸鋰在水中的溶解度較小，其一1g反皿與溫度t關(guān)系如下表：

tl℃01020304050607080

—1gKsp1.441.531.631.711.801.902.002.212.43

由此可知碳酸鋰在水中的溶解熱效應(yīng)(填或)0；加入純堿試劑進(jìn)行“沉

鋰”后，依次進(jìn)行保溫靜置、(填序號)。

①洗滌②趁熱過濾③離心分離

(4)在“合成”中，碳酸鋰粉末分次少量加入冰水中溶解，再加入尿素攪拌得到“料液”，料

液中徐徐加入浪，控制pH=5.0,反應(yīng)生成LiBr和兩種無色無味氣體，寫出化學(xué)方程式：

+

答案(l)Li2OA12O34SiC>2(2)石灰石價廉易得Fe(OH)3AIO7+H+H2O=A1(OH)3I

(3)<③②①(4)3Li2co3+CO(NH2)2+3Br2=6LiBr+4c。2t+N2f+2H2O

解析(2)工業(yè)選擇石灰石進(jìn)行“中和”而不選擇純堿是因為石灰石價廉易得，生產(chǎn)成本低；

“除鎂除鐵”發(fā)生的反應(yīng)為加入氫氧化鈉溶液將溶液中鐵離子、鎂離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫

氧化鎂沉淀，鋁離子轉(zhuǎn)化為偏鋁酸根離子；除鋁發(fā)生的反應(yīng)為加入適量稀硫酸，將溶液中的

+

偏鋁酸根離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，反應(yīng)的離子方程式為AI07+H+H2O=A1(OH)3Io

(3)由表格數(shù)據(jù)可知，碳酸鋰的溶解度隨著溫度的升高而減小，說明碳酸鋰在水中的溶解為放

熱過程，熱效應(yīng)A//<0;加入純堿試劑進(jìn)行沉鋰后，為減少碳酸鋰沉淀的損失，得到碳酸鋰

沉淀的操作為進(jìn)行保溫靜置、離心分離、趁熱過濾、洗滌。(4)由題意可知合成中發(fā)生的反應(yīng)

為碳酸鋰粉末在低溫條件下與尿素和;臭反應(yīng)生成淡化鋰、二氧化碳和氮氣，反應(yīng)的化學(xué)方程

式為3Li2CO3+CO(NH2)2+3Br2=6LiBr+4CO2t+N2t+2H2O(>

2.五氧化二機(jī)(V2O5)廣泛用于冶金、化工等行業(yè)，用作合金添加劑、生產(chǎn)硫酸或石油精煉用

的催化劑等。從廢鋼催化劑(含有K2s04、V2O5、V2O4、SiO2>Fe2O3,NiO等)中回收鈕，既

能避免對環(huán)境的污染，又能節(jié)約寶貴的資源，回收工藝流程如下：

FeS?！笻O

廢稀硫酸I呼

鈕I還

-素_調(diào)過濾濾渣

催酸一原2

化,pH-

浸轉(zhuǎn)濾液2f萃取一水相

劑化

濾渣1

NH.CUNH；,H2SO,,KC1O3有機(jī)相

vq$一燃燒一沉銳一氧化2一水相一反萃取一有機(jī)相

已知：①“酸浸”時V2O5和V2O4與稀硫酸反應(yīng)分別生成V0」和V02+。

②溶液中V0：與VO^可相互轉(zhuǎn)化：VOI+H2OVO?+2H+,且NH4VO3為沉淀。

(1)“酸浸”前，需對廢鈿催化劑進(jìn)行粉碎預(yù)處理，其目的是

⑵“還原轉(zhuǎn)化”中加入FeSCM的目的是將VO1轉(zhuǎn)化為V02+,寫出反應(yīng)的離子方程式：

⑶加入H2O2的目的是將過量的Fe2,轉(zhuǎn)化為Fe3\“氧化1”后，溶液中含有的金屬陽離子

主要有Fe3+、Ni2\VO2+,調(diào)節(jié)pH使離子沉淀，若溶液中c(Ni2+)=0.2molL—,則調(diào)節(jié)溶

液的pH最小值為可使Fe3+沉淀完全(離子濃度W1.0X10-mol-L'時沉淀完全)，此

時(填“有”或"無”)Ni(OH)2沉淀生成{假設(shè)溶液體積不變，1g6^0.8,

l5

Kp[Fe(OH)3]=2.16X10-39,Arsp[Ni(OH)2]=2X10},

(4)“氧化2”過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。

⑸“沉機(jī)"時，通入氨氣的作用是。

⑹若該廢鈕催化劑中V2O5的含量為10%(原料中所有的機(jī)已換算成V2O5)。取100g待處理

樣品，按照上述流程進(jìn)行實驗。當(dāng)加入150mL0.1molirKCIO3溶液時，溶液中的帆元素

恰好完全反應(yīng)，則該工藝中鋼的回收率是%。(假設(shè)與KCICh反應(yīng)后的操作步驟中鋼

元素?zé)o損失)

答案(1)增大接觸面積，加快反應(yīng)速率(2)VO9+Fe2++2H+=VO2++Fe3'+H2O(3)2.8

2++

無(4)3H2O+C1O?+6VO=6VO?+C1+6H(5)使VOj+bhOVOM+2H+平衡正

向移動，將VO?轉(zhuǎn)化為VO3，同時增大NH；的濃度(6)81.9

解析向廢饑催化劑中加入稀硫酸進(jìn)行''酸浸"，V2O5和V2O4與稀硫酸反應(yīng)分別生成VO；

和VC)2+,FezCh轉(zhuǎn)化為Fe2(SO4)3,NiO轉(zhuǎn)化為NiSC)4,過濾后的濾渣1主要成分為SiCh,加

入FeSCU將VO1轉(zhuǎn)化為VO2+,加入H2O2將過量的Fe?+全部轉(zhuǎn)化為Fe3+,便于后續(xù)“調(diào)pH”

步驟中除去，過濾得濾渣2,主要成分為Fe(OH)3,濾液2中加入萃取劑，“萃取”出含銳微

粒，再進(jìn)行“反萃取”后得到含鈕的溶液，加入H2so4和KC103的目的是將低價態(tài)的銳氧化

為+5價的銳，經(jīng)過加入NH4cl和NH3后析出NH4VCh沉淀，最后“燃燒”得V2O5,據(jù)此分

析解題。(3)當(dāng)c(Fe3+)=1.0X10-5molL-1時，根據(jù)Km的公式可知，溶液中的c(OH")=

。同2：黑]；。5mol-L-|=6X10-12111。卜「1，計算可得pH=2.8,QJNi(0H)2]

2+2_12224

=c(Ni)-c(OH)=0.2X(6.0X10-)=7.2X10~,因為e[Ni(OH)2]</rsp[Ni(OH)2],所以無

Ni(0H)2生成。(5)溶液中存在平衡V0；+H2。V0?+2H+,通入氨氣，溶液中0丁濃度

增大，消耗了H+,該平衡正向移動，從而使V0夕盡可能都轉(zhuǎn)化為V0,。(6)100g待處理樣

10o55

品中，z??(V05)=100gX10%=10g,則〃0605)=7^^=37mol,即〃(V)=2Xmol

2iozg-moiy?5T

-1

mol;//(KC103)=0.15LXO.lmol-L=0.015mol,由于CIO手?6VCP+,故〃(VC)2+)=

n

0.09mol,則該工藝中銳的回收率為霏*X100%=81.9%。

97mol

3.高鐵酸鉀(KzFeCU)是一種暗紫色固體，在低溫堿性條件下比較穩(wěn)定，微溶于KOH濃溶液。

工業(yè)上濕法制備LFeCU的流程如圖：

過量NaClO、過量NaOH過量飽和KOH溶液

I,、I,、

Fe(NOJ，TOH過濾過濾n—KzFeO,

nn

NaChNaNO,濾液

(濾液)

⑴強堿性介質(zhì)中，NaClO可氧化Fe(NO3)3生成高鐵酸鈉，寫出該反應(yīng)的離子方程式：

⑵請比較工業(yè)上濕法制備K2FeO4的條件下Na2FeO4和K2FeO4的溶解度大?。?/p>

Na2FeO4(填“>”或“=")K2FeC)4

(3)將Na2FeO4粗品［含有Fe(OH)3>NaCl等雜質(zhì)］轉(zhuǎn)化為K2FeO4的實驗方案為

a.在不斷攪拌下，將NazFeCU粗品溶于冷的3moiLiKOH溶液中，快速過濾除去Fe(0H)3

等難溶的物質(zhì)。

b.將濾液置于中，向濾液中加入,過濾。

c.對產(chǎn)品進(jìn)行洗滌時使用乙醵，其目的是(答兩點)。

(4)高鐵酸鹽具有強氧化性，溶液pH越小氧化性越強，可用于除去廢水中的氨、重金屬等。

KzFeCU的濃度與pH關(guān)系如圖1所示；用KzFeCU除去某氨氮(NH3-N)廢水，氨氮去除率與pH

關(guān)系如圖2所示；用KzFeCU處理Zi?+濃度為0.12mg［r的含鋅廢水{K.p［Zn(OH)2］=1.2X

10|7},鋅殘留量與pH關(guān)系如圖3所示［已知：KzFeCU與H?O反應(yīng)生成Fe(0H)3的過程中，

可以捕集某些難溶金屬的氫氧化物形成共沉淀］。

78

-二1君7-

。V/

10都

0坐6

)1

、出

釵5vf

.0駿

如pH=7

.8

國4/

S.46V

O3

用

土2/

.2v

，2

KfeO的加入量/(mg?L—)

圖2

?FeO,的加入量/(mg?「)

圖3

①圖2中，pH越大氨氮的去除率越大，其原因可能是o

②圖3中，pH=10時鋅的去除率比pH=5時大得多，其原因是。(從鋅

元素的存在的形態(tài)角度說明)。

-3+-

答案(1)3C10+2Fe+1OOH=2FeO3+3C1+5H2O(2)>(3)b.冰水飽和KOH溶

液c.除去雜質(zhì)，減少K2FeO4的溶解；提高產(chǎn)率，能快速干燥(4)①高鐵酸鹽在酸性較強

的條件下不穩(wěn)定，容易分解，與氨氮作用時間短，難以除去②pH=5時，鋅元素以Zn?+形

式存在，pH=10時，鋅元素幾乎都以Zn(OH)2形式存在，Zn(OH)2被高鐵酸鉀水解生成的

Fe(OH)3捕集

解析硝酸鐵和過量次氯酸鈉在過量NaOH溶液中反應(yīng)生成高鐵酸鈉、氯化鈉、硝酸鈉，過

濾，向濾渣高鐵酸鈉中加入飽和KOH溶液生成溶解度更小的高鐵酸鉀，再過濾得到高鐵酸

鉀。(2)生成的NazFeCU需要轉(zhuǎn)化為鉀鹽，根據(jù)題中信息，說明溶解度：Na2FeO4>K2FeO4(>(3)

高鐵酸鉀低溫下較穩(wěn)定，可將濾液置于冰水中，由于高鐵酸鉀微溶于KOH濃溶液，故用飽

和KOH溶液溶解高鐵酸鈉；洗滌時不能用水洗，選用乙醇洗，是因為乙醇洗可以減少鉀鹽

的溶解，提高鉀鹽的產(chǎn)率，而且乙醇易揮發(fā)，可以更快地?fù)]發(fā)并帶走水分，能快速干燥。(4)①

圖2中，pH越大氨氮的去除率越大，其原因可能是高鐵酸鉀在低溫堿性條件下比較穩(wěn)定，高

鐵酸鹽在酸性較強的條件下不穩(wěn)定，容易分解，與氨氮作用時間短，難以除去。②由題意知,

含鋅廢水中鋅離子的濃度為.65。口013~~1.85X10-6moi.L-ii當(dāng)溶液pH為5時，溶液

中沒有氫氧化鋅沉淀生成，當(dāng)溶液pH為10時，溶液中有氫氧化鋅沉淀生成，由題給信息可

知，KzFeCU與H2O反應(yīng)生成Fe(0H)3的過程中，可以捕集某些難溶金屬的氫氧化物形成共沉

淀，故pH=10時鋅的去除率比pH=5時大得多。

4.伯釘催化劑是甲醇燃料電池的陽極催化劑。一種以釘?shù)V石［主要含RU(CO3)2,還含少量的

FeO、MgO、RUO4>CaO、SiO“為原料制備釘(Ru)的流程如圖?；卮鹣铝袉栴}：

Na2CO.t(aq),

稀硫酸，Na2SO3(aq)NaC103(aq)NaF(aq)

釘?shù)V石R"s0必3鐵)------&鎂—

II

濾渣Na2Fe4(SO4)6(OH)2MgF2(s)

濃Naco3(叫)鹽酸(NH|)>C>O(aq)Ar

T2IT4T

［沉釘1~T酸溶H沉釘2)-T灼燒1^^了

濾液1濾液2CO2

(l)Na2Fe4(SO4)6(OH)2中Fe的化合價為。

⑵''酸浸"時，Na2s。3的作用是?

“濾渣”的主要成分有SiCh和(填化學(xué)式)?！八峤敝嗅?shù)慕雎逝c浸出溫度、

pH的關(guān)系如圖所示，“酸浸”的最佳條件是o

(3)“除鐵”的離子方程式為(提示：］mol

NaClCh參與反應(yīng)，轉(zhuǎn)移6moi電子)。

(4)從“濾液2”中可提取一種化肥，其電子式為。

(5)"灼燒"時Ar的作用是.

(6)某工廠用10t釘?shù)V石［含8.84tRU(CO3)2，165kgRuO4］,最終制得3636kgRu,則Ru的

產(chǎn)率為(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。

+2+

答案(1)+3價⑵溶解RUC>4CaSO4溫度為65C、pH為1.0(3)6Na+12Fe+2C103

H

［H：N：H］+E：Cl：?

-

+18SOr+6H2O=3Na2Fe4(SO4)6(OH)2I+2C1+6OH^(4)H(5)作

保護(hù)氣，防止釘與空氣中的氧氣反應(yīng)(6)87.8%

解析由題給流程可知，行礦石中加稀硫酸和亞硫酸鈉“酸浸”時，釘元素轉(zhuǎn)化為硫酸釘，

氧化亞鐵、氧化鎂轉(zhuǎn)化為硫酸亞鐵、硫酸鎂，氧化鈣與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣，二氧化硅與

硫酸不反應(yīng)，過濾得到含有二氧化硅、硫酸鈣的濾渣和含有硫酸釘?shù)臑V液；向濾液中加入氯

酸鈉溶液、碳酸鈉溶液將鐵元素轉(zhuǎn)化為Na2Fe4(SO4)6(OH)2沉淀，過濾，向濾液中加入氟化鈉

溶液將鎂元素轉(zhuǎn)化為氟化鎂沉淀，過濾，向濾液中加入濃碳酸鈉溶液將好元素轉(zhuǎn)化為碳酸好

沉淀，碳酸釘溶于鹽酸得到氯化釘，向氯化釘溶液中加入草酸鎂溶液將氯化好轉(zhuǎn)化為草酸行

沉淀，在民氣氛圍中灼燒草酸釘制得釘。（3）由分析可知，加入氯酸鈉溶液、碳酸鈉溶液的目

的是將鐵元素轉(zhuǎn)化為Na2Fe4（SCU）6（OH）2沉淀，反應(yīng)的離子方程式為6Na++12Fe2++2ClO；+

18SOF+6H2O=3Na2Fe4（SO4）6（OH）2I+2C「+6OH，（5）灼燒時最氣的作用是作保護(hù)氣，

否則反應(yīng)得到的釘會被空氣中的氧氣氧化。（6）若10t釘?shù)V石最終制得3636kg釘，由釘原子

3636義叫

101gmol1

個數(shù)守恒可知，釘?shù)漠a(chǎn)率為藐而m6gi65XK）3gX100%）87.8%。

221g.mol-1^165g-mol-1

5.鎂菱鋅礦（主要成分為ZnCCh、MgCCh等，含有少量FeCCh、CaCCh等雜質(zhì)）可用于生產(chǎn)

媒染劑、防腐劑ZnSOQHzO以及耐火材料MgO。制備工藝流程如下：

濃

酸

礴

鹽1f

-t

鎂

-氧

-，

菱

化

過

國

一

鋅-T

除

濾-—ZnSO,-7Hq

離

礦

鐵

丁

營

心

丁

制

-洗Y-MgO

滌

會

針鐵礦渣一

FeOOH

已知:65℃時Ksp[Mg（OH）2]=1.8X10"；

l713

^sP[Zn（OH）2]=2.0X10,A：w=10^；lg2比0.3。

回答下列有關(guān)問題：

⑴濃鹽酸浸取礦石時，保持較大液固體積比（如3：1）,目的是,還可采用

（寫出一種）等方式達(dá)到此目的。

⑵“氧化除鐵”在90℃,控制溶液pH在4.0?5.0,得到針鐵礦渣的離子方程式為

（3）“沉鋅”前,濾液（65℃）中含有0.50molLrZP和1.8molLrMg2+,保持該溫度,則應(yīng)

加入氨水調(diào)節(jié)pH在______________范圍（cW1.0Xl（）5moLLr,沉淀完全）。利用平衡移動原

理說明“沉鋅”時加入氨水的作用是。

⑷“酸解”后獲得ZnSO’7H2O的操作依次經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、、過濾、洗滌、干燥。

制得的ZnSO4-7H2O在烘干時需減壓烘干的