专题11 化工流程（一）（金属）1．有关“未来金属”钛的信息有：①硬度大②熔点高③常温下耐酸碱、耐腐蚀④铁矿炼钛的一种工业流程为：（1）钛铁矿的主要成分是FeTiO3（钛酸亚铁）,其中钛的化合价为_______价,反应①化学方程式为_______. （2）TiCl4在高温下与足量Mg反应生成金属Ti,反应③化学方程式为_________,属于______（填反应类型）,该反应_____（填“能”或“不能”）说明Mg的金属活动性强于Ti．（3）上述冶炼方法得到的金属钛中会混有少量金属单质是______（填名称）,由前面提供的信息______（填序号）知,除去它的试剂可以是以下试剂中的_________（填序号）A：HCl B：NaOH C：NaCl D：H2SO4（4）氯化过程中主要发生的反应为2FeTiO3+6C+7Cl2 ====2TiCl4+2X+6CO,则X的化学式为：___________. 2．二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物.平板电脑显示屏生产过程中有大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质)产生.某课题组以此粉末为原料回收铈,设计实验流程如下：(1)滤渣A的主要成分是_____________；洗涤滤渣A除去的阳离子主要是________(填离子符号),检验该离子是否洗净的操作是________________________；(2)步骤②中反应的离子方程式是_____________________；(3)萃取是分离稀土元素的常用方法.已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来,TBP________(填“能”或“不能”)与水互溶.实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有________、烧杯、玻璃棒、量筒等；(4)步骤④中反应化学方程式为______________________________.3．化学来源于生活又服务于生活,化工生产是指对原料进行化学加工,最终获得有价值的产品的生产过程.某研究小组利用含硫酸亚铁和硫酸铜的工业废料制备铁红(氧化铁)和硫酸铵晶体.流程如下：请回答下列问题：(1)操作I的名称________________,滤渣的成分为__________________.(2)简述下列实验操作：①检验溶液A中金属阳离子的方法为____________________________________________________；②检验固体B是否洗涤干净的方法是____________________________________________________.(3)请写出溶液A中反应的离子方程式_______________________________________________________(4) 测定废料中硫酸铜的质量分数：称取a g废料样品,将操作I得到的滤渣用足量的稀硫酸溶解、过滤、洗涤、干燥,称得固体的质量为b g,则废料中硫酸铜的质量分数为_______________(写出表达式.)(5) 某同学提出另一种制备铁红的方法：往工业废水中加入足量的硫酸和双氧水,通过下列操作也可以得到铁红,请配平下列离子方程式_____ Fe2++ _____ H2O2 + _____ H+= _____ Fe3+ + ____ H2O4．湿法炼锌厂在除杂过程中会产生大量铁矾渣.某黄钾铁矾渣主要含有K2Fe6(SO4)4(OH)12、ZnO·Fe2O3及少量CaO、MgO、SiO2等.一种由黄钾铁矾渣制备复合镍锌铁氧体( NiZnFe4O8)的流程如下：回答下列问题(1)滤渣I的主要成分是___________.(2)净化除杂阶段加入Fe粉时发生反应的离子方程式为___________、___________.已知：25℃时K sp(CaF2)=2.7×10－11, K sp (MgF2)=6.4×10－19.加入NH4F使Ca2+、Mg2+离子沉淀,若沉淀后溶液中c(Ca2+)=2.7×10－6mol·L－1,则c(Mg2+)=___________ mol·L－1.(3)在Fe2+、Ni2+、Zn2+共沉淀过程中,三种离子的损失浓度与pH的关系曲线如图所示,pH与n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)的关系曲线如图所示.为提高原料利用率,n( NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在___________左右；按此比例,若以Me代表Fe、Ni、Zn元素,则生成MeCO3·2Me(OH)2·H2O沉淀的化学反应方程式为___________.(4)铁氧体工艺阶段制备NiZnFe4O8过程中,需加入___________剂(填“氧化”或“还原”).按照上述流程,一座10万吨规模的锌厂每年产生黄钾铁矾渣约5万吨,Fe3+含量为27%,理论上每年可制备复合镍锌铁氧体(NiZnFe4O8,M=476g·mol－1)___________万吨(保留两位有效数字)5．七水硫酸锌别名皓矾,常用作媒染剂、收敛剂、木材防腐剂,在医药上用于催吐剂.工业上由氧化锌矿（主要成分为ZnO,另含ZnSiO3、FeCO3、CuO等）生产ZnSO4·7H2O的流程如下：请回答下列问题：（1）氧化锌矿粉碎过筛的目的是_____；滤渣X的成分是____.（2）步骤Ⅱ中发生反应的离子方程式为________.（3）“除铁”加入试剂M调节溶液的pH,试剂M可以为____（填化学式）；已知：K sp[Fe(OH)3]=2.6×10−39,沉铁过程中要使溶液中c(Fe3+)≤1.0×10−5 mol·L−1,必须控制溶液的pH≥_____.[lg2.6=0.4]（4）步骤Ⅲ加入锌粉的目的是_____,滤渣Z的成分是____.（5）取28.70gZnSO4·7H2O加热至不同温度,剩余固体的质量变化如图所示：①步骤Ⅳ中的烘干操作需在减压条件下进行,其原因是______.②680℃时所得固体的化学式为______.a．ZnO b．Zn3O(SO4)2c．ZnSO4d．ZnSO4·H2O6．碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂.工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3开始沉淀 2.3 7.5 3.4完全沉淀 3.2 9.7 4.4回答下列问题：（1）加入少量NaHCO3的目的是调节pH在_____________________范围内.（2）反应Ⅱ中加入NaNO2的目的是氧化亚铁离子,写出该反应的离子方程式为___________.（3）碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe(OH)2+离子可部分水解生成Fe2(OH)42+ 聚合离子,该水解反应的离子方程式为_________________________________.（4）在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁.根据我国质量标准,产品中不得含有Fe2+及NO3－.为检验所得产品中是否含有Fe2+,应使用的试剂为_________.A．氯水B．KSCN溶液C．NaOH溶液D．酸性KMnO4溶液（5）为测定含Fe2+和Fe3+溶液中铁元素的总含量,实验操作如下：准确量取20.00mL溶液于带塞锥形瓶中,加入足量H2O2,调节pH<2,加热除去过量H2O2；加入过量KI充分反应后,再用0.1000 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液20.00mL.已知：2Fe3++2I-=2Fe2++I22S2O32-+I2=2I-+S4O62-则溶液中铁元素的总含量为_________g·L-1.若滴定前溶液中H2O2没有除尽,所测定的铁元素的含量将会_______ (填“偏高” “偏低” “不变”)7．以高钛渣(主要成分为Ti3O5,含少量SiO2、FeO、Fe2O3)为原料制备白色颜料TiO2的一种工艺流程如下：已知：Na2TiO3难溶于碱性溶液；H2TiO3中的杂质Fe2＋比Fe3＋更易水洗除去.(1)熔盐:①为加快反应速率,在维持反应物颗粒大小、反应温度一定的条件下,可采取的措施是__________.②NaOH固体与Ti3O5在空气中加热至500～550 ℃时生成Na2TiO3,该反应的化学方程式为_________.(2)过滤:①“滤液”中主要溶质为NaOH,还含有少量________(填化学式).②除杂后的滤液中获得的NaOH可循环利用,则“水浸”时,用水量不宜过大的主要原因是_________.(3)水解:“酸溶”后获得的TiOSO4经加热煮沸,生成难溶于水的H2TiO3,该反应的化学方程式为______.(4)脱色:H2TiO3中因存在少量Fe(OH)3而影响TiO2产品的颜色,“脱色”步骤中Ti2(SO4)3的作用是_________. 8．NiSO4·6H2O是一种绿色易溶于水的晶体,广泛用于化学镀镍、生产电池等.可由电镀废渣(除含镍外,还含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)为原料获得.工艺流程如下图：请回答下列问题：(1)用稀硫酸溶解废渣时,为了提高浸取率可采取的措施有_________________(任写一点).(2)向滤液中滴入适量的Na2S溶液,目的是除去Cu2+、Zn2+,写出除去Cu2+的离子方程式：____________________________________________.(3)在40℃左右,用6%的H2O2氧化Fe2+,再在95℃时加入NaOH调节pH,除去铁和铬.此外,还常用NaClO3作氧化剂,在较小的pH条件下水解,最终生成一种浅黄色的黄铁矾钠[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀除去.如图是温度—pH与生成的沉淀关系图,图中阴影部分是黄铁矾稳定存在的区域[已知25℃时,Fe(OH)3的K sp=2.64×10－39].下列说法正确的是(选填序号)_______.a. FeOOH中铁为+2价b.若在25℃时,用H2O2氧化Fe2+,再在pH=4时除去铁,此时溶液中c(Fe3+)=2.6×10－29mol·L－1c.用氯酸钠在酸性条件下氧化Fe2+的离子方程式为6Fe2++C1O3－+6H+=6Fe3++C1－+3H2Od.工业生产中常保持在85~95℃生成黄铁钒钠,此时水体的pH约为3(4)上述流程中滤液I的主要成分是___________.(5)操作I的实验步骤依次为(实验中可选用的试剂：6mol·L－1的H2SO4溶液、蒸馏水、pH试纸)：①___________；②___________；③蒸发浓缩、冷却结晶,过滤得NiSO4·6H2O晶体：④用少量乙醇洗涤NiSO4·6H2O晶体并晾干.9．“变废为宝”是化工的重要主题.工业上可用电子工业中刻蚀线路板的酸性废液(主要成分有CuCl2,FeCl2等)制备碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3],其制备过程如下图所示：查阅资料得知,一定浓度的Cu2+、Fe2+、Fe3+生成氢氧化物沉淀的pH如下表：金属离子Cu2+Fe2+Fe3+开始沉淀的pH 4.2 6.5 1.4沉淀完全的pH 6.7 9.7 3.7（1）电子工业中用FeCl3溶液制作铜制印刷电路板,该反应的离子方程式为___________.（2）操作I、操作Ⅱ所用的玻璃仪器除烧杯外还需要______________________.（3）氯酸钠的作用是____________________________________________；反应A中氧化剂与还原剂物质的量之比是___________.（4）调节pH的范围为___________,可以选择的试剂是___________(填序号).A.氨水B.硫酸铜C.氧化铜D.氢氧化铜（5）已知滤液Ⅱ中含有碳酸氢钠,写出生成碱式碳酸铜的离子方程式：___________.（6）若废液中CuCl2的含量为13.5%,则1吨废液理论上可提炼碱式碳酸铜________吨.10．锌锰干电池是很古老的一次性电池,它的生产原料主要有软锰矿和闪锌矿.已知闪锌矿中含ZnS约80%,FeS、CuS、SiO2共约7%,其余为水分；软锰矿中含MnO2约a%,SiO2约20%,Al2O3约4%,其余为水分.科研人员开发了综合利用软锰矿和闪锌矿的同槽酸浸工艺,工艺流程如下图所示.请回答下列问题：(1)反应I需不断搅拌,目的是____________________________.(2)检验反应I的滤液中含有Fe3+的试剂为____________；写出反应I中由FeS生成Fe3+的离子方程式____________________________________.(3)反应Ⅱ加入适量锌的作用是__________________；反应III中MnO2的作用是________________.(4)已知ZnCO3、MnCO3的K sp分别为1.4×10-10、2.2×10-11；要使反应IV之后的溶液中Zn2+、Mn2+浓度均降到1.0×10-6mol/L,则溶液中残留的CO32-浓度至少为__________mol/L.(5)图是Na2SO4和Na2SO4•10H2O的溶解度曲线(g/100g水),则Ⅳ中得到Na2SO4固体的操作是：将分离出MnCO3和ZnCO3后的滤液________→__________→ 用乙醇洗涤→干燥.用乙醇洗涤而不用水洗的原因是_________________________________________.11．一种新兴材料——铍日益被重视,有“超级金属…尖端金属…空间金属”之称.工业上常用绿柱石(主要成分3 BeO·Al2O3·6SiO2,还含有铁等杂质)冶炼铍,一种简化的工艺流程如下：按元素周期表的对角线规则,Be和Al性质相似：几种金属阳离子的氢氧化物沉淀时的pH如表.回答下列问题：（1）步骤②中将熔块粉碎的目的是___________；滤渣1的主要成分是___________.（2）步骤③加入H2O2时发生反应的离子方程式为___________,从滤液1中得到沉淀的合理pH为___________(填序号)A.3.3—3.7B.3.7—5.0C.5.0—5.2D.5.2—6.5（3）步骤④不宜使用NaOH溶液来沉淀Be2+的原因是___________.从溶液中得到(NH4)2BeF4的实验操作是___________、过滤、洗涤、干燥.（4）实验室模拟步骤⑤装置如图,控制氨气与氟化氢气体积比的方法是_______________.（5）步骤⑥的反应类型是___________,步骤⑦需要隔绝空气的环境,其原因是___________.（6）若绿柱石中BeO的含量为a%,上述过程生产Be的产率为b%,则1t该绿柱石理论上能生产含铍量2%的镀铜合金___________t.12．ZrO2常用作陶瓷材料,可由锆英砂(主要成分为ZrSiO4,还含少量FeCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)通过如下流程制取.已知：①ZrSiO4能与烧碱反应生成Na2ZrO3和Na2SiO3,Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2+.②部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表.金属离子Fe3+Al3+ZrO2+开始沉淀pH 1.9 3.3 6.2沉淀完全pH 3.0 5.2 8.0(1)“熔融”过程中,ZrSiO4发生反应的化学方程式是_________________,滤渣I的化学式为______________.(2)“氧化”过程中,发生反应的离子方程式是_______________,调“pH=a”时,a的范围是__________________.(3)为得到纯净的ZrO2,滤渣III要用水洗,检验沉淀是否洗涤干净的方法是_____________________.(4)滤渣Ⅲ的成分是Zr(CO3)2·xZr(OH)4.取干燥后的滤渣Ⅲ 37.0g,煅烧后可得到24.6gZrO2.则x等于______________________；“调pH=8.0”时,所发生反应的离子方程式为_______13．（14分）碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]可用作净水剂、媒染剂、颜料和药物.工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）,生产碱式硫酸铁的部分工艺如下：已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：（1）反应I中发生的氧化还原反应的离子方程式是__________.（2）反应II中加入NaHCO3调节体系的pH在____范围内.（3）反应III中生成的气体遇空气变红棕色,则III中发生反应的离子方程式是_________ .（4）反应III中通入氧气可减少NaNO2的用量,若消耗1mol氧气可节约n(NaNO2)=____mol.（5）用硫酸可知体系的pH.若硫酸加入量过小,溶液生成沉淀；若硫酸加入量过大,不利于产品形成,用化学平衡移动原理分析其原因是_________.（6）碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe(OH)2+离子可发生水解生成Fe2(OH)42+聚合离子,该水解反应的离子方程式是____________.14．（16分）纳米TiO2具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能,在光催化剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景.工业上用钛铁精矿（FeTiO3）提炼TiO2的工艺流程如下：（1）写出硫酸酸浸溶解钛铁精矿的离子方程式,酸浸时为了提高浸出率,可以采取的措施为.（2）钛铁精矿后冷却、结晶得到的副产物A为,结晶析出A时,为保持较高的酸度不能加水,其原因可能为.（3）滤液水解时往往需加大量水稀释同时加热,其目的是.（4）上述工艺流程中体现绿色化学理念的是.（5）工业上将TiO2和炭粉混合加热氯化生成的TiCl4,然后在高温下用金属镁还原TiCl4得到金属钛,写出TiO2制备Ti的化学方程式：.15．2018年第十二届中国国际航空航天博览会于11月6日至11日在珠海举行.银铜合金广泛用于航空工业,从银铜合金的切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃.（1）电解精炼银时,粗银作______极,另一电极上的电极反应式为____________.（2）加快渣料(含少量银)溶于稀H2SO4的速率的措施有________、________(写出两种).（3）滤渣A与稀HNO3反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,滤渣A与稀HNO3反应的离子方程式为__________.（4）煮沸CuSO4混合溶液的过程中,得到固体B,则固体B的组成为______；在生成固体B的过程中,需控制NaOH的加入量,若NaOH过量,则因过量引起的反应的离子方程式为___________.（5）硫酸铜溶液可用于浸取硫铁矿中的铁元素,浸取时发生复杂的氧化还原反应.反应体系中除CuSO4和FeS2外,还有H2SO4、Cu2S、FeSO4和H2O,下列对该反应的分析正确的是______(填字母代号).A．氧化剂为CuSO4和FeS2B．反应后溶液的pH降低C．被氧化的FeS2只占总量的30%D．每转移2 mol电子消耗3 mol CuSO416．以红土镍矿(主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等)为原料,获取净水剂黄钠铁矾[NaFe(SO4)2(OH)6]和纳米镍粉的部分工艺流程如下：（1）“酸浸”过程,为提高铁和镍元素的浸出率,可采取的措施有___________(写出两种).（2）“过滤Ⅰ”滤渣的主要成分是______.（3）“氧化”过程欲使0.3molFe2+转变为Fe3+,则需氧化剂NaClO至少为________ mol.（4）“沉铁”过程中加入碳酸钠调节浴液的pH至2,生成黃钠铁矾沉淀,写出该反应的化学方程式______.若碳酸钠过多会导致生成的沉淀由黄钠铁矾转变为_____(填化学式).（5）向“过滤Ⅱ”所得滤液(富含Ni2+)中加入N2H4·H2O,在不同浓度的氢氧化钠溶液中反应,含镍产物的XRD 图谱如下图所示(XRD图谱可用于判断某晶态物质是否存在,不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同).欲制得高纯纳米镍粉最适宜的NaOH的物质的量浓度为_____.写出该条件下制备纳米镍粉同时生成N2的离子方程式_____.（6）高铁酸盐也是一种优良的含铁净水剂,J．C．Poggendor早在1841年利用纯铁作电极插入浓的NaOH 溶液电解制得Na2FeO4,阳极生成FeO42－的电极反应式为______；Deininger等对其进行改进,在阴、阳电极间设置阳离子交换膜,有效提高了产率,阳离子交换膜的作用是_______.17．一种含铝、锂、钴的新型电子材料,生产中产生的废料数量可观,废料中的铝以金属铝箔的形式存在；钴以Co2O3·CoO的形式存在,吸附在铝箔的单面或双面；锂混杂于其中.从废料中回收氧化钴（CoO）的工艺流程如下：（1）过程I中采用NaOH溶液溶出废料中的Al,反应的离子方程式为__.（2）过程II中加入稀H2SO4酸化后,再加入Na2S2O3溶液浸出钴.则浸出钴的化学反应方程式为（产物中只有一种酸根）___.在实验室模拟工业生产时,也可用盐酸浸出钴,但实际工业生产中不用盐酸,则不用盐酸浸出钴的主要原因是____________.（3）过程Ⅲ得到锂铝渣的主要成分是LiF和Al(OH)3,碳酸钠溶液在产生Al(OH)3时起重要作用,请写出该反应的离子方程式_______.（4）碳酸钠溶液在过程III和IV中所起作用有所不同,请写出在过程IV中起的作用是________.（5）仅从沉淀转化角度考虑,能否利用反应：CoCO3 +C2O42-＝CoC2O4 +CO32-将CoCO3转化为CoC2O4? ____(填“能”或“不能”）,说明理由：__________________ [已知Ksp(CoCO3) =1.4×10-13, Ksp (CoC2O4)=6.3×10-8].（6）CoO溶于盐酸可得粉红色的CoCl2溶液.CoCl2含结晶水数目不同而呈现不同颜色,利用蓝色的无水CoCl2吸水变色这一性质可制成变色水泥和显隐墨水.如图是粉红色CoCl2·6H2O晶体受热时,剩余固体质量随温度变化的曲线,A物质的化学式是___.。
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