——化学工艺流程综合题专题跟踪检测
1．(2020·福建百校联盟质检)粉煤灰是燃煤产生的重要污染物，主要成分有Al2O3、Fe2O3、Fe3O4和SiO2等物质。综合利用粉煤灰不仅能够防止环境污染，还能获得纳米Fe2O3等重要物质。
－已知：i.伯胺R-NH2能与Fe3＋反应：3R-NH2＋Fe3＋＋SO24＋
H2OFe(NH2－R)3(OH)SO4＋H＋，生成易溶于煤油的产物。 ii.Fe3＋在水溶液中能与Cl－反应：Fe3＋＋6Cl－
[FeCl6]3－
(1)写出过程I中Fe2O3发生反应的离子方程式：__________________________。
(2)
过
程
Ⅱ
加
入
过
量
H2O2
的
作
用
是
__________________________。
(3)过程Ⅱ加入伯胺-煤油对浸取液进行分离，该操作的名称是____________。
(4)从化学平衡角度解释过程III利用NaCl溶液进行反萃取的原理：_____________________________________________________。
(5)N2H4具有碱性，可与H＋结合生成N2H＋5。过程Ⅳ中先用过量的N2H4将水层2中Fe3＋转化为Fe2＋并生成N2，反应的离子方程式为_____________________________________，
得到的Fe2＋再被O2氧化为FeOOH。
(6)纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用。该电解装置如图所示。
已知熔融NaOH-KOH为电解液，Fe2O3在阴极发生电极反应生成中间体Fe。用化学用语表示Fe2O3在阴极催化生成NH3的反应过程。
第一步：_____________________________________， 第二步：_____________________________________。 解析 (1)过程Ⅰ中加入稀硫酸，与Fe2O3发生反应的离子方程式为6H＋＋Fe2O3===2Fe3＋＋3H2O。(2)加入H2O2，可氧化亚铁离子生成铁离子，利于伯胺R-NH2与Fe3＋反应，提高萃取率。(3)过程 Ⅱ 加入伯胺-煤油对浸取液进行分离，溶液分层，该操作的名称是萃取、分液。(4)加入氯化钠，发生Fe3＋＋6Cl－
－
则3R-NH2＋Fe3＋＋SO24＋H2O
[FeCl6]3－，Fe3＋浓度下降，
Fe(NH2-R)3(OH)SO4＋H＋平衡逆向移
动，Fe3＋从易溶于煤油的物质转化为易溶于水的物质，实现反萃取。(5)过程Ⅳ中先用过量的N2H4将水层2中Fe3＋转化为Fe2＋并生成N2，反应的离子方程式为4Fe3＋＋N2H4===4Fe2＋＋N2＋4H＋，或4[FeCl6]3－＋
－5N2H4===4Fe2＋＋N2＋4N2H＋5＋24Cl。(6)Fe2O3在阴极催化生成NH3，首
先是Fe2O3得电子生成Fe和OH－，然后Fe与氮气、水反应生成Fe2O3和氨气，涉及反应为Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－、2Fe＋N2＋3H2O===Fe2O3＋2NH3。
答案 (1)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O (2)将Fe2＋完全氧化为Fe3
＋
，有利于与伯胺反应，提高萃取率 (3)萃取、分液 (4)反应Fe3＋
－
[FeCl6]3－使Fe3＋浓度下降，则3R-NH2＋Fe3＋＋SO24＋
＋6Cl－H2O
Fe(NH2-R)3(OH)SO4＋H＋平衡向逆反应方向移动，Fe3＋从易溶于
煤油的物质转化为易溶于水的物质，实现反萃取 (5)4Fe3＋＋N2H4===4Fe2＋＋N2＋4H＋(或4[FeCl6]3－＋5N2H4===4Fe2＋＋N2＋4N2H＋5＋24Cl－) (6)Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－ 2Fe＋N2＋3H2O===Fe2O3＋2NH3
2．CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3，还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下：
已知：①浸出液含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2
＋
、Mn2＋、Al3＋等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表： 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2 开始沉淀 完全沉淀 ③CoCl2·6H2O熔点86 ℃，易溶于水、乙醚等；常温下稳定无毒，
2.7 7.6 7.6 4.0 7.7 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8 加热至110～120 ℃ 时，失去结晶水变成的有毒的无水氯化钴。
(1)写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式：__________________________。
(2)NaClO3的作用是______________________，写出该反应的离子方程式：_____________________________________；
若不慎向“浸出液”中加过量NaClO3时，可能会生成的有毒气体是________________(填化学式)。
(3)加
Na2CO3
调
pH
至
5.2
所得沉淀为
_____________________________________
(填化学式)。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。加萃取剂的目的是____________________；其使用的最佳pH范围是________(填字母序号)。
A．2.0～2.5 C．4.0～4.5
B．3.0～3.5 D．5.0～5.5
(5)操作1包含3个基本实验操作是蒸发、结晶和过滤。制得的CoCl2·6H2O需减压烘干的原因是__________________________。
(6)除“钙”“镁”是将滤液i中Ca2＋与Mg2＋转化为MgF2、CaF2
沉淀。已知某温度下，Ksp(MgF2)＝7.35×10－11，Ksp(CaF2)＝1.50×10
－10
。当加入过量NaF时，所得滤液中c(Mg2＋)∶c(Ca2＋)＝
____________。
解析 含钴废料中加入盐酸、Na2SO3后的浸出液中含有的阳离子
主要有H＋、Co2＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋等，加入NaClO3，可以将Fe2＋氧化成Fe3＋，然后加入Na2CO3调pH至5.2，可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，过滤后所得滤液中加入NaF除去Ca2＋、Mg2＋，再用萃取剂萃取，得到的溶液中主要含有CoCl2，为得到CoCl2·6H2O晶体，应控制温度在86 ℃以下，加热时要防止温度过高而失去结晶水，可
－2＋减压烘干。(1)酸性条件下，Co2O3和SO2、3发生氧化还原反应生成Co－2－＋2＋－SO2＋SO24，反应的离子方程式为Co2O3＋SO3＋4H===2Co4＋2H2O。
(2)酸性条件下，加入NaClO3将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于调节pH，将
2＋Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀而除去，反应的离子方程式为ClO－3＋6Fe
＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O，若不慎向“浸出液”中加过量NaClO3时，氯酸钠能够氧化氯离子生成氯气。(3)“加Na2CO3调pH至5.2”，目的是将铁离子、铝离子转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，过滤除去。(4)根据流程图可知，此时溶液中存在Mn2＋、Co2＋，由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知，调节溶液pH在3.0～3.5之间，可使Mn2
＋
被萃取，并防止Co2＋被萃取。(5)制得的CoCl2·6H2O需减压烘干，
目的是降低烘干温度，防止产品失去结晶水。(6)滤液i除钙、镁是将溶液中Ca2＋与Mg2＋转化为CaF2、MgF2沉淀，根据溶度积可知 c(Mg2
－11
K?MgF?7.35×10sp2＋
)∶c(Ca2＋)＝＝＝0.49。
Ksp?CaF2?1.50×10－10
－＋2＋－2＋
答案 (1)Co2O3＋SO2＋SO2氧3＋4H===2Co4＋2H2O (2)将Fe2＋
化成Fe3＋ ClO－＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O Cl2 3＋6Fe
(3)Fe(OH)3、Al(OH)3 (4)除去溶液中的Mn2＋ B (5)降低烘干温度，防止产品失去结晶水
(6)0.49
3．(2019·湖南常德模拟)LiNiO2是一种前景很好的锂离子电池正极材料。当温度高于850 ℃ 时，LiNiO2会分解。请按要求回答下
2020届高考化学考前三轮专题冲刺提升训练：化学工艺流程综合题专题跟踪检测【专题训练、答案+解析】
