专题十无机工艺流程分析（7）.doc

专题十 无机工艺流程分析（7）
1、下列制备物质的工业生产流程合理的是(   )
A.制镁:海水Mg(OH)2MgOMg
B.由NaCl制漂白剂:NaCl(aq)Cl2漂白粉
C.由铝土矿冶炼铝:铝土矿Al
D.合成NH3:NH4Cl和Ca(OH)2固体NH3纯净干燥的氨气
2、磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一,采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:

下列叙述错误的是(   )
A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B.从"正极片"中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C."沉淀"反应的金属离子为Fe3+

D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
3、根据如图海水综合利用的工业流程图,判断下列说法正确的是(   )

已知:MgCl2•6H2O受热生成Mg(OH)Cl和HCl气体等.
A.过程①加入的药品顺序为:Na2CO3溶液→BaCl2溶液→NaOH溶液→过滤后加盐酸
B.过程②通过氧化还原反应可产生1种单质
C.在过程③中将MgCl2•6H2O直接灼烧得到MgCl2
D.在过程④、⑥反应中每氧化0.2mol Br-需消耗标准状况下2.24L Cl2
4、当前,汽车尾气已成为许多城市空气的主要污染源。研究表明,含TiO2的混凝土或沥青可以部分消除汽车尾气中的氮氧化物,其原理如下:

下列关于该“消除”过程的叙述不正确的是(   )
A.部分光能转变为化学能
B.消除总变化为NOx+O2+H2O→HNO3
C.消除反应能全天候发生
D.使用纳米TiO2的消除效率更高
5、以二氧化锰为原料制取高锰酸钾晶体的实验流程如下,下列有关说法正确的是(   )

A.“灼烧”时,可在瓷坩埚中进行
B.“浸取”时,可用无水乙醇代替水
C.“转化”反应中,生成的KMnO4与MnO2的物质的量之比为1:2
D.“浓缩结晶”后的母液中仍可能含有KMnO4和K2CO3两种溶质
6、为落实“五水共治”,某工厂拟综合处理含废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NOCO,不考虑其他成分),设计了如下流程。下列说法不正确的是(   )

A.固体1中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3
B.X可以是空气,且需过量
C.捕获剂所捕获的气体主要是CO
D.处理含废水时,发生反应的离子方程式为
7、海水开发利用的部分过程如图所示。下列有关说法不正确的是(     )

A.海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等
B.空气吹出法是工业规模海水提溴的常用方法。其工艺的其中一个环节是把氯气通入酸化的浓缩海水(或苦卤)中
C.稀有气体(如氩)氛围中和加热条件下,可以用镁与TiCl4反应得到钛
D.在工业上一般选用氢氧化钠溶液作为图示中的沉淀剂
8、海水约占地球表面积的71%,具有十分巨大的开发潜力。下图是开水资源综合利用的工艺图,以下说法正确(   )

A.电解NaCl溶液时可用铁做电极,其离子方程式为:2Cl- + 2H2O = 2OH-+ H2↑+ Cl2↑
B.向苦卤中加入Cl2的作用是置换出溴单质,该过程体现了还原性:Cl- > Br-
C.实验室模拟海水提取淡水,除夹持装置外只用到的仪器有蒸馏烧瓶、酒精灯、锥形瓶
D.Br2 与SO2的水溶液发生反应的离子方程式为:Br2 + SO2 + 2H2O =4H++ 2Br- +
9、海水化学资源开发利用的部分过程如下图所示(苦卤中主要含K+Mg2+、Br-等)。下列说法错误的是(   )

A.从海水得到粗盐主要通过蒸发操作实现
B.向苦卤中通入Cl2时溴离子被还原为Br2
C.富集溴涉及的离子反应有Br2+SO2+2H2O2Br-+4H++
D.工业选用的沉淀剂通常经煅烧碳酸钙获得而不是电解食盐水
10、用无机矿物资源生产部分材料,其产品过程示意图如下,下判有关说法不正确的是(   )

A.制取玻璃的同时产生CO2气体,制取粗硅时生成的气体产物为CO
B.生产高纯硅、铝、铜及玻璃的过程中都涉及氧化还原反应
C.粗硅制高纯硅时。提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
D.黄铜矿冶炼铜时产生SO2可用于生产硫酸,FeO可用作冶炼铁的原料

11、光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段，合成光导纤维及氮化硅（一种无机涂层）的工艺流程如下：

回答下列问题：
（1）反应I的化学方程式为2C + SiO2 Si + 2CO↑，其中还原剂为 ，产物Si在周期表中位于 ，该反应涉及的副反应可能有C + SiO2 Si + CO2↑（碳不足）和 （碳足量）。
（2）经反应Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下：
组分名称
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
HCl
BCl3
PCl3
质量分数
0.545
0.405
0.0462
0.0003
0.00193
0.00157
沸点／℃
57.6
31. 8
8. 2
-85
12. 5
75. 5
图中 “操作X”的名称为 ；PCl3的电子式为 。
（3）反应Ⅳ的化学方程式为3SiCl4 + 4NH3 Si3N4 + 12HCl，若向一2L恒容密闭容器中投入1mol SiC14和1mol NH3，6min后反应完全，则0～6min内，HCl的平均反应速率为 mol·L-l·min-l。反应Ⅲ的与Ⅳ产生的气体相同，则反应Ⅲ化学方程式为 。反应Ⅲ中的原料气H2和O2在碱性条件下可构成燃料电池，其正极反应的电极方程式为 。
12、随着锂电池的大量使用,现代工业对锂的需求大大增加。如图是工业上以一种含锂矿石(主要成分为、,还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂的工艺流程:

查阅资料:几种金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表。
氢氧化物

开始沉淀pH
2.7
3.7
9.6
7.5
完全沉淀pH
3.7
4.7
11
9.7
请回答下列问题:
（1）实际生产中能加快反应I酸浸速率的方法有_____________________________(任写两种)。
（2）流程中采用93%~98%硫酸而不使用稀硫酸的主要原因是______________________,反应II调节溶液pH=5的作用是___________________________________________。
（3）沉淀A的主要成分是________________________;实验室中进行蒸发浓缩操作需要的仪器有____________(填序号)。
A.坩埚B.坩埚钳C.容量瓶D.蒸发皿E.烧杯F.玻璃棒
（4）写出反应③的化学方程式______________实际生产中,按照上述流程电解时会产生少量氧气,原因是_______________________________________________。
（5）参照上述流程,利用常见无机原料设计一种从水洗后的矿泥中提取金属Al的流程:_____________________________________________。

13、PbCl2是一种重要的化工材料，常用作助溶剂、制备铅黄等染料。工业生产中利用方铅矿精矿（主要成分为PbS，含有FeS2等杂质）和软锰矿（主要成分为MnO2）制备PbCl2的工艺流程如下图所示。

已知：i．PbCl2微溶于水
ii．PbCl2（s）+2Cl-（aq）⇌（aq）△H＞0
（1）浸取过程中MnO2与PbS发生如下反应，请将离子反应配平：
□ + □ + □PbS + □MnO2 = □PbCl2+ □ + □ + □ ______
（2）由于PbCl2微溶于水，容易附着在方铅矿表面形成“钝化层”使反应速率大大降低，浸取剂中加入饱和NaCl溶液可有效避免这一现象，原因是______。
（3）调pH的目的是______。
（4）沉降池中获得PbCl2采取的措施有______。
（5）通过电解酸性废液可重新获得MnO2，装置示意图如下：

①在______极（填“a”或“b”）获得MnO2，电极反应为______。
②电解过程中发现有Cl2产生，原因可能是______、______。
14、镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：

已知：①NiCl2易溶于水，Fe3＋不能氧化Ni2＋
②已知实验温度时的溶解度：NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O
③已知生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示。

开始沉淀时
完全沉淀时
Al(OH)3
3.43
4.19
Fe(OH)3
2.53
2.94
Ni(OH)2
7.60
9.75

回答下列问题：
（1）加入试剂A来调节溶液的pH至5左右，试剂A最好选用 。
a．NaOH b．Na2CO3 c．NiO
该过程析出沉淀的成分是____________________（填化学式）。
（2）加入Na2C2O4溶液发生反应的化学方程式是_____________________。
（3）电解时的阴极电极反应式是____________________________。
检验阳极产生的气体的试剂是 。
（4）沉淀Ⅱ可被电解所得阳极产物氧化，该反应的离子方程式是____________。
（5）检验Ni(OH)3已洗涤干净的方法是________________________________。

15、氧化亚铜(Cu2O)是一种用途广泛的光电材料，某工厂以硫化铜矿石(含 CuFeS2、Cu2S等)为原料制取Cu2O的工艺流程如下：

常温下几种物质开始形成沉淀与完全沉淀时的pH如下表

开始沉淀
7.5
2.7
4.8
完全沉淀
9.0
3.7
6.4

（1）炉气中的有害气体成分是___________，Cu2S与O2反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为___________。
（2）若试剂X是H2O2溶液，写出相应反应的离子方程式：______________________。当试剂X是___________时，更有利于降低生产成本。
（3）加入试剂Y调pH时，pH的调控范围是______________________。
（4）写出用N2H4制备Cu2O的化学方程式：______________________，操作X包括___________、洗涤、烘干，其中烘干时要隔绝空气，其目的是___________。
（5）以铜与石墨作电极，电解浓的强碱性溶液可制得纳米级Cu2O，写出阳极上生成Cu2O的电极反应式：_________________________________。

答案以及解析
1答案及解析：
答案：B
解析：工业上通过电解熔融氯化镁制备金属镁,A错误;由NaCl制漂白剂:NaCl(aq)Cl2漂白粉,B正确;由铝土矿冶炼铝首先要制备纯净的氧化铝,然后电解熔融的氧化铝制备金属铝,C错误;工业上利用H2和N2合成NH3,D错误。

2答案及解析：
答案：D
解析：废旧电池随意丢弃既会对环境造成污染又会浪费资源,合理处理废旧电池既有利于保护环境,又能实现资源再利用,A正确;正极片与碱液反应生成偏铝酸钠,则可以回收金属铝,磷酸亚铁锂中含有锂元素和铁元素,分步沉淀可以回收金属铁和锂,B正确;含磷酸亚铁锂滤渣与硫酸和硝酸的混合溶液反应,因硝酸有强氧化性,可以把亚铁离子氧化为铁离子,故含Li、P、Fe等滤液中Fe元素以Fe3+形式存在,加入碱液后Fe3+与氢氧根离子反应生成氢氧化铁沉淀,C正确;最后滤液中的锂离子与碳酸钠中的碳酸根离子结合生成碳酸锂沉淀,由对角线规则可知,锂及其化合物的性质与镁及其化合物的性质相似,由碳酸镁难溶于水推知碳酸锂难溶于水,由硫酸镁易溶于水推知硫酸锂也易溶于水,故不能用硫酸钠代替碳酸钠,D错误。

3答案及解析：
答案：D
解析：

4答案及解析：
答案：C
解析：由图中示意图可以看出,在TiO2催化作用下,紫外线提供能量,发生化学反应:NOx+O2+H2O→HNO3,纳米TiO2与紫外线接触面积更大,可以提高化学反应速率,据此分析解答。
A. 题中示意图表明,在TiO2的催化作用下紫外线提供能量,部分光能转变为化学能,故A项正确,不符合题意;B. 题中示意图表明,在TiO2的催化作用下紫外线提供能量,发生反应:NOx+O2+H2O→HNO3,故B项正确,不符合题意;C.没有紫外线时上述反应不能发生,故C项错误,符合题意;D.纳米与紫外线接触面积更大,将产生更多的光生电子和光生空穴,从而消除更多的NOx,故D项正确,不符合题意;答案选C;
【点睛】
本题主要考查化学与STES,其中汽车尾气氮氧化物成为主要污染源,是近几年环保题型的热点话题,抓住图示有效信息、结合氧化还原反应的规律、掌握化学反应所需的条件,是解决问题的关键,D选项要注意纳米技术与普通技术的优越性。

5答案及解析：
答案：D
解析：A.“灼烧”时,可在铁坩埚中进行, KOH与玻璃中的二氧化硅反应,故A错误;
B.“浸取”时,不能用无水乙醇代替水,因K2MnO4不易溶于乙醇,且转化时生成的高锰酸钾与乙醇反应而导致高锰酸钾变质,故B错误;
C.由3K2MnO4+2CO2═2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3,KMnO4与MnO2的物质的量之比为2:1,故错误;
D.“浓缩结晶”后的母液中有K2MnO4、KMnO4和K2CO3等溶质,若二氧化碳过量还可能存在碳酸氢钾,故D正确;

6答案及解析：
答案：B
解析：工业废气中的CO2、SO2能与Ca(OH)2反应生成CaCO3、CaSO3,A项正确;气体1是不能被过量石灰乳吸收的NO、CO和N2,部分NO与X反应生成NO2,NO和NO2按1:1的体积比能与NaOH溶液反应生成亚硝酸钠,所以X可以是空气,但不能过量,B项错误;气体2是没有反应的CO和N2,捕获剂所捕获的气体主要是CO,C项正确;由题意可知, 与NaNO2反应后生成了N2,两者反应的离子方程式为,D项正确。

7答案及解析：
答案：D
解析：

8答案及解析：
答案：D
解析：

9答案及解析：
答案：B
解析：

10答案及解析：
答案：B
解析：

11答案及解析：
答案：1. 碳（或C）;第3周期ⅣA族 ;3C+SiO2 SiC+2CO↑
2.精馏（或蒸馏或分馏）;
3.0.25; 2H2 + O2 + SiCl4SiO2 + 4HCl;O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
解析：

12答案及解析：
答案:1.粉碎矿石、搅拌
2.浓硫酸能将亚铁离子转化为三价铁离子,便于除去;使溶液中的、完全沉淀
3.氢氧化镁和碳酸钙;BDF
4.;加热蒸干LiCl溶液时,有少量LiCl水解生成LiOH,LiOH受热分解生成,电解时产生
5.矿泥滤液氢氧化铝Al
解析:1.工业上,为了加快酸浸速率,可采用粉碎矿石、加热、搅拌等方法。
2.使用浓硫酸的主要原因是浓硫酸能将亚铁离子转化为三价铁离子,便于除去;反应II加入碳酸钙的作用是控制溶液pH=5,使溶液中的、完全沉淀。
3.加入的氢氧化钙能够和镁离子结合生成氢氧化镁沉淀,加入碳酸钠的目的是除去钙离子,故沉淀A的主要成分是氢氧化镁和碳酸钙;实验室中进行蒸发浓缩操作需要的仪器有蒸发皿、酒精灯、三脚架(或铁架台)、玻璃棒、坩埚钳等。
4.根据流程图可知,反应③为电解LiCl生成金属锂和氯气;电解时阳极产生的氯气中会混有少量氧气,主要原因是加热蒸干LiCl溶液时,有少量LiCl水解生成LiOH,LiOH受热分解生成,电解时产生。
5.水洗后的矿泥中含有氢氧化铝和氢氧化铁等,加入足量的氢氧化钠溶液使氢氧化铝溶解,过滤除去不溶性物质,然后向滤液中通入足量的二氧化碳使偏铝酸根离子完全沉淀,将过滤出的沉淀加热可得,最后电解氧化铝可得金属铝。

13答案及解析：
答案：1. 8H++2Cl-+PbS+4MnO2=PbCl2+4Mn2++ +4H2O
2.PbCl2（s）+2Cl-（aq）⇌ （aq），加入NaCl增大c（Cl-），有利于平衡正向移动，将PbCl2（s）转化为溶液中的离子，消除“钝化层”
3.除去溶液中的Fe3+
4.加水稀释、降温
5.a；Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；2Cl--2e-=Cl2↑；MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O
解析：1. 浸取过程中MnO2与PbS发生反应4MnO2+PbS+8HCl=3MnCl2+PbCl2+MnSO4+4H2O，离子反应为：8H++2Cl-+PbS+4MnO2=PbCl2+4Mn2+++4H2O；
故答案为：8H++2Cl-+PbS+4MnO2=PbCl2+4Mn2+++4H2O；
2.浸取剂中加入饱和NaCl溶液可有效避免钝化层的原因为：已知PbCl2（s）+2Cl-（aq）⇌（aq），加入NaCl增大c（Cl-），有利于平衡正向移动，将PbCl2（s）转化为溶液中的离子，消除“钝化层”；
故答案为：PbCl2（s）+2Cl-（aq）⇌（aq），加入NaCl增大c（Cl-），有利于平衡正向移动，将PbCl2（s）转化为溶液中的离子，消除“钝化层”；
3.根据流程可知调节溶液pH，使铁离子转化成氢氧化铁沉淀，除去溶液中的Fe3+；
故答案为：除去溶液中的Fe3+；

4.已知：PbCl2（s）+2Cl-（aq）⇌（aq）△H＞0，可以通过加水稀释、降温促进反应逆向进行，获得PbCl2；
故答案为：加水稀释、降温；
5.①酸性废液（Mn2+、、Cl-），得到MnO2，故Mn2+失去电子发生氧化反应得到MnO2，电极反应为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，为阳极，则连接a极；
故答案为：a；Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；
②酸性废液中有氯离子，可能在阳极放电得到氯气，也可能被生成的二氧化锰氧化得到氯气，涉及的反应为：2Cl--2e-=Cl2↑、MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O；
故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑；MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O。

14答案及解析：
答案：1. c;Fe(OH)3、Al(OH)3
2.NiCl2＋Na2C2O4＋2H2O = NiC2O4·2H2O↓＋2NaCl
3.2H2O＋2e–= 2OH- +H2↑或 2H+＋2e–= H2↑
用湿润的淀粉­KI试纸
4.2Ni(OH)2＋2OH－＋Cl2 = 2Ni(OH)3＋2Cl－
5.取最后一次洗涤液，加入酸化的AgNO3溶液，如无白色沉淀生成，证明沉淀已洗涤干净
解析：

15答案及解析：
答案：1. SO2；2：1
2.2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O；空气或氧气
3.3.7≤pH<4.8
4.4CuSO4+N2H4+8KOH 2Cu2O+N2↑+4K2SO4+6H2O；过滤；防止Cu2O被空气中氧气氧化
5.2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O
解析：1. 金属硫化物焙烧时均转化为金属氧化物与二氧化硫，故炉气中的有害气体成分是SO2；Cu2S与O2反应时，氧化剂为O2，还原剂为Cu2S，根据得失电子守恒和原子守恒，二者的物质的量之比为2:1，
故答案为：SO2；2：1；
2.酸性条件下，H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，本身被还原为H2O，方程式为2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O；酸性条件下O2也可以将Fe2+氧化为Fe3+，而氧气或空气价格远低于H2O2，所以用氧气替代双氧水，可以有效降低生产成本，
故答案为：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O；空气或氧气；
3.调整pH的目的是使铁离子全部转化为氢氧化铁沉淀除去而铜离子不能形成沉淀，故pH调控范围是3.7≤pH<4.8，
故答案为：3.7≤pH<4.8；
4.N2H4将Cu2+还原为Cu2O，自身被氧化为N2，化学方程式为；4CuSO4+N2H4+8KOH 2Cu2O+N2↑+4K2SO4+6H2O；由于Cu2O不溶于水，故操作X为过滤、洗涤、烘干；因Cu2O有较强的还原性，在加热条件下易被空气氧化，故烘干过程中要隔绝空气，
故答案为：4CuSO4+N2H4+8KOH 2Cu2O+N2↑+4K2SO4+6H2O；过滤；防止Cu2O被空气中氧气氧化；
5.因Cu2O是在阳极上生成的，故阳极材料是铜，铜失去电子转化为Cu2O，相应的电极反应式为：2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O；
故答案为：2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O