课时跟踪检测（十九） 化学工艺流程题
1．(2024·全国卷Ⅰ)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是
________________________________________________________________________。 (2)步骤②需要加热的目的是________________，温度保持80～95 ℃，采用的合适加热方式是______________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________(填标号)。
(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是__________________________________。 分批加入H2O2，同时为了____________，溶液要保持pH小于0.5。 (4)步骤⑤的具体实验操作有_______________________________________， 经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为________。
解析：(1)铁屑表面的油污可以用热的氢氧化钠溶液洗涤，然后用蒸馏水洗净。 (2)铁与硫酸反应，加热的目的是加快反应速率，由于温度要控制在80～95 ℃，应选择水浴加热。铁中含有少量的硫化物，与酸反应后生成酸性气体H2S，应该用碱溶液吸收H2S气体，为了防止倒吸，应选用C装置。
(3)铁与硫酸反应后生成硫酸亚铁，加入足量的过氧化氢溶液将亚铁离子氧化为铁离子，离子方程式为2Fe＋H2O2＋2H===2Fe＋2H2O。Fe在水中易水解生成氢氧化铁沉淀，为了抑制Fe水解，溶液要保持较强的酸性，使用H2O2的优点是不引入新的杂质。
(4)硫酸铁溶液与固体硫酸铵反应生成硫酸铁铵，为了从溶液中得到硫酸铁铵应将溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铁铵晶体。
(5)由于样品失去1.5个结晶水，失重5.6%，即
3＋
2＋
＋
3＋
3＋
M[NH4Fe(SO4)2·xH2O]×5.6%＝
1．5×18 g·mol，可以求得M[NH4Fe(SO4)2·xH2O]≈482 g·mol，利用硫酸铁铵晶体的摩尔质量减去NH4Fe(SO4)2的摩尔质量可以求出晶体中水的摩尔质量之和，为216 g·mol，
－1
－1
－1
由此可以求出x＝12。
答案：(1)碱煮水洗 (2)加快反应 热水浴 C
(3)将Fe全部氧化为Fe；不引入杂质 防止Fe水解 (4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤) (5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
2．某工厂以重晶石(主要含BaSO4)为原料，生产“电子陶瓷工业支柱”——钛酸钡(BaTiO3)的工艺流程如下：
2＋
3＋
3＋
回答下列问题：
(1)为提高BaCO3的酸浸速率，可采取的措施为__________________________(写出一条即可)；常温下，TiCl4为液体且易水解，配制一定浓度的TiCl4溶液的方法是________________________________________________________________________。
(2)用Na2CO3溶液浸泡重晶石(假设杂质不与Na2CO3反应)，能将BaSO4转化为BaCO3，此反应的平衡常数K＝__________________(填写计算结果)；若不考虑CO3的水解，要使2.33 g BaSO4恰好完全转化为BaCO3，则至少需要浓度为1.0mol·LNa2CO3溶液__________mL。[已知：
－1
2－
Ksp(BaSO4)＝1.0×10－10、Ksp(BaCO3)＝5.0×10－9]
(3)流程中“混合”溶液的钛元素在不同pH时主要以TiO(OH)、TiOC2O4、TiO(C2O4)2三种形式存在(变化曲线如图所示)。实际制备工艺中，先用氨水调节混合溶液的pH于2.8左右，再进行“沉淀”，其反应的离子方程式为_____________________________________；图中曲线c对应钛的形式为__________(填粒子符号)。
＋
2－
(4)流程中“滤液”的主要成分为___________________；隔绝空气煅烧草酸氧钛钡晶体得到钛酸钡粉体和气态产物，试写出反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
解析：(1)盐酸与BaCO3发生反应：2HCl＋BaCO3===BaCl2＋H2O＋CO2↑，为了加快反应速率可以将固体BaCO3研成粉末，以增大接触面积；也可以适当增大盐酸浓度或适当加热升高反应温度或搅拌等；TiCl4是强酸弱碱盐，在溶液中Ti会发生水解反应：Ti＋4H2O
4＋
4＋
Ti(OH)4
＋4H，使溶液变浑浊，为了配制得到澄清的TiCl4溶液，同时不引入杂质离子，通常是将TiCl4溶于浓盐酸中，然后再加适量水稀释至所需浓度。
(2)在溶液中BaSO4存在沉淀溶解平衡，当向溶液中加入饱和Na2CO3溶液时，发生沉淀转化生成BaCO3：BaSO4(s)＋CO3(aq)
2－
＋
BaCO3(s)＋SO4(aq)，待达到平衡后，移走上层清液，
2－
－－2＋
c?SO2c?SO2?Ksp?BaSO4?4?4?c?Ba
重复多次操作，最终BaSO4生成BaCO3；反应的平衡常数K＝2－＝2－2＋＝
c?CO3?c?CO3?c?Ba?Ksp?CaCO3?
1.0×102－＝2.33 g BaSO4物质的量为0.01 mol，根据BaSO4(s)＋CO3(aq)－9＝0.02；5.0×10
2－
2－
2－
－10
BaCO3(s)
＋SO4(aq)，完全转化需要0.01 mol CO3，同时溶液中产生0.01 mol SO4，根据K值溶液中含有n(CO3)＝0.01 mol÷0.02＝0.5 mol，需要加入Na2CO3为0.01 mol＋0.5 mol＝0.51 mol，需要Na2CO3溶液的体积为0.51 mol÷1 mol·L＝0.51 L＝510 mL。
(3)“混合溶液”过程中，钛元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)2和TiO(OH)三种形式存在，调节混合液pH在2.8左右再进行沉淀，据“沉淀”时生成草酸氧钛钡晶体中含有TiO(C2O4)2(即b微粒)，“沉淀”时的离子方程式为：TiO(C2O4)2＋Ba
2－
2－
2＋
2－
＋
－1
2－
＋
4H2O===BaTiO(C2O4)2·4H2O↓；随着氨水的不断加入溶液的pH不断增大，可以判断c对应钛的形式为TiO(OH)。
(4)TiCl4和草酸混合液加入了氨水，然后与BaCl2溶液混合得到草酸氧钛钡晶体，根据原子守恒，滤液中主要成分为NH4Cl。草酸氧钛钡晶体隔绝空气煅烧得到BaTiO3，同时得到CO、高温
CO2及水蒸气，煅烧草酸氧钛钡晶体得到BaTiO3方程式为BaTiO(C2O4)2·4H2O隔绝空气=====BaTiO3＋2CO↑＋2CO2↑＋4H2O。
答案：(1)将BaCO3研成粉末或适当增大盐酸浓度或适当加热或搅拌等 溶于浓盐酸，再加适量水稀释至所需浓度
(2)0.02 510
(3)TiO(C2O4)2＋Ba＋4H2O===BaTiO(C2O4)2·4H2O↓ TiO(OH) 高温
(4)NH4Cl BaTiO(C2O4)2·4H2O隔绝空气=====BaTiO3＋2CO↑＋2CO2↑＋4H2O
3．三盐(3PbO·PbSO4·H2O)可用作聚氯乙烯的热稳定剂，200 ℃以上开始失去结晶水，不溶于水及有机溶剂。以200.0 t铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如图所示。
2－
2＋
＋
＋
已知：PbSO4和PbCO3的溶解度和溶度积Ksp如下表。
化合物 PbSO4 PbCO3
2024版高考化学一轮复习课时跟踪检测(十九)化学工艺流程题(含解析)新人教版
