题型分组训练9 化工流程综合分析题
(A组)
1．铬及其化合物有许多独特的性质和用途。如炼钢时加入一定量的铬可得到不锈钢，K2Cr2O7是实验中常用的强氧化剂之一。
(1)铬可形成CrCl3、NaCrO2等盐类物质，则NaCrO2中铬元素的化合价为________________，由此知Cr2O3是________(填“酸性”“碱性”或“两性”)化合物。
(2)某化工厂利用湿法从主要含有锌、铜、铁、铬、镉(Cd)、钴(Co)等单质的铜铬渣中回收铬的流程如下：
几种金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示： 氢氧化物 Fe(OH)3 Zn(OH)2 Cd(OH)2 Cr(OH)3 开始沉淀 1.5 8 7.2 6 的pH 沉淀完全 3.3 12 9.5 8 的pH ①料渣Ⅰ中只含有一种金属单质，该单质是________，氧化过程中由铁、铬形成的离子均被氧化，则pH的调控范围是____________。
②酸浸时形成的金属离子的价态均相同，料渣Ⅱ中含有大量的CoAs合金，请写出除钴时反应的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________， 氧化过程中氧化产物与还原产物物质的量之比为______。
(3)砷酸可用于制造有机颜料、杀虫剂等，将料渣Ⅱ用NaOH处理后可得到亚砷酸钠(Na3AsO3)，再利用如下图所示的三室电解池进行电解可得到砷酸(H3AsO4)及NaOH。
则a极应接电源的________极，b电极上电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 2．某种电镀污泥中主要含有碲化亚铜(Cu2Te)、三氧化二铬(Cr2O3)以及少量的金(Au)，可以用于制取Na2Cr2O7溶液、金属铜、粗碲等，以实现有害废料的资源化利用，工艺流程如下：
已知：煅烧过程中，Cu2Te发生的反应为Cu2Te＋2O2=====2CuO＋TeO2
(1)煅烧时，Cr2O3发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 (2)酸化时Na2CrO4转化为Na2Cr2O7的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 (3)浸出液中除了含有TeOSO4外，还含有________(填化学式)，整个流程中可以循环利用的物质是________(填名称)。
(4)配平还原过程中反应的化学方程式，并标注电子转移的方向和数目。
TeOSO4＋ SO2＋ ________=== Te↓＋ ________
(5)粗碲经熔融结晶法能得到纯碲。若电镀污泥中含Cu2Te的质量分数为49.9%，回收提纯过程中的利用率为90%,1 000 kg电镀污泥可以制得________ kg含碲99.8%的高纯碲。
3．某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4
不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置(见下图)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。
高温
固体混合物分离利用的流程图
Ⅰ.固体混合物的分离和利用(流程图中的部分分离操作和反应条件未标明)
(1)反应①所加试剂NaOH的电子式为________，B→C的反应条件为________，C→Al的制备方法称为________。
(2)该小组探究反应②发生的条件。D与浓盐酸混合，不加热，无变化；加热有Cl2生成，当反应停止后，固体有剩余，此时滴加硫酸，又产生Cl2。由此判断影响该反应有效进行的因素有(填序号)________。
－
a．温度 b．Cl的浓度 c．溶液的酸度
(3)0.1 mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28 kJ，该反应的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 Ⅱ.含铬元素溶液的分离和利用
(4)用惰性电极电解时，CrO2－4能从浆液中分离出来的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________， 分离后含铬元素的粒子是________________；阴极室生成的物质为________________(写化学式)。
4．重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
回答下列问题：
(1)步骤①的主要反应为： FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3高温,Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2 上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为__________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)滤渣1中含量最多的金属元素是________，滤渣2的主要成分是________及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”)，原因是________________________________________________________________________
(用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a．80 ℃ b．60 ℃ c．40 ℃ d．10℃
步骤⑤的反应类型是__________________________________________________。
(5)某工厂用m1 kg 铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为________________________________。
(B组)
1．利用氯碱工业中的固体废物盐泥[主要成分为Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4，还含有少量NaCl、Al(OH)3、Fe(OH)3、Mn(OH)2等]与废稀硫酸反应制备七水硫酸镁，既处理了三废，又有经济效益。其工艺流程如图1所示：
已知：
ⅰ)部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表所示。 沉淀物 Mn(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 pH(完全 10.02 8.96 3.20 4.70 沉淀)
Mg(OH)2 11.12 ⅱ)两种盐的溶解度随温度的变化(单位为g/100 g水)如图2所示。
根据图1并参考表格pH数据和图2，请回答下列问题。
(1)在酸解过程中，加入的酸为________，加快酸解速率可采取的措施有________________________________________________________________________。
＋
(2)加入的NaClO可与Mn2反应产生MnO2沉淀，该反应的离子方程式是________________________________________________________________。
(3)本工艺流程多次用到抽滤操作，优点是________。抽滤①所得滤渣A的成分为________和CaSO4；抽滤②所得滤渣B的成分为MnO2、________和________；抽滤③所得滤液D中主要阳离子的检验方法是____________________________________________________。
(4)依据图2，操作M应采取的方法是适当浓缩，________。 (5)每生产1吨MgSO4·7H2O，需要消耗盐泥2吨。若原料利用率为70%，则盐泥中镁(以氢氧化镁计)的质量分数约为________。
2．锌及其化合物在生产生活中应用比较广泛。
(1)ZnFe2O4是一种性能优良的软磁材料，也是一种催化剂，能催化烯类有机物氧化脱氢等反应。
①ZnFe2O4中Fe的化合价是________。 ②工业上利用反应ZnFe2(C2O4)3·6H2O=====ZnFe2O4＋2CO2↑＋4CO↑＋6H2O制备ZnFe2O4，该反应中还原产物是________(填化学式)，每生成1 mol ZnFe2O4转移的电子总数是________。
(2)工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量FeO、CuO等杂质)制取金属锌的工艺流程如下：
△
①酸浸时要将锌焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率，为达到这一目的，还可采用的措施是________________________(任答一条)。写出ZnFe2O4溶于酸的离子方程式________________________________________________________________________。
②净化Ⅰ中H2O2参与反应的离子方程式为_____________________________________。 ③净化Ⅱ中Y的主要成分是________(填化学式)。
(3)利用锌锰电池在800～1 000℃时电解TiO2可制得金属钛，装置如图所示。图中a电极的材料为________，阴极的电极反应式为_____________________________________。
3．用某含镍电镀废渣(含Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)制取NiCO3的过程如图所示：
回答下列问题：
(1)加入适量Na2S时除获得沉淀外，还生成一种有臭鸡蛋气味的气体，产生该气体的离子方程式为__________________________________________________________________。
(2)“氧化”时需保持滤液在40 ℃左右，用6%的H2O2溶液氧化。控制温度不超过40 ℃的原因是_______________________________________________________________________
________________________________________________________________________； ＋
Fe2被氧化的离子方程式为__________________________________________________。 ＋＋23
Fe也可以用NaClO3氧化，生成的Fe在较小pH条件下水解，最终形成黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀而被除去，如图是pH—温度关系图，图中阴影部分为黄钠铁矾稳定存在的区域，下列说法正确的是________(填字母)。
a．FeOOH中铁为＋2价
b．pH过低或过高均不利于生成黄钠铁矾，其原因不同
＋
c．氯酸钠在氧化Fe2时，1 mol NaClO3失去的电子数为5NA
d．工业生产中温度常保持在85～95 ℃，加入Na2SO4后生成黄钠铁矾，此时溶液的pH约为1.2～1.8
＋
(3)加入Na2CO3溶液时，确认Ni2已经完全沉淀的实验方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 (4)某实验小组利用NiCO3制取镍氢电池的正极材料碱式氧化镍(NiOOH)，过程如图所示：
－＋－－
①已知Ksp[Ni(OH)2]＝2×1015，欲使NiSO4溶液中残留的c(Ni2)≤2×105 mol·L1，调节pH的范围________。
②写出在空气中加热Ni(OH)2制取NiOOH的化学方程式________________________________________________________________________。
题型分组训练9 化工流程综合分析题
(A组)
1．解析：(1)由化合价规则知NaCrO2中铬元素价态为＋3，由铬形成CrCl3、NaCrO2两类盐及铝元素的性质类推，Cr2O3是两性化合物。(2)①铜不能与稀硫酸反应，故料渣Ⅰ是金属单质铜，
调pH时得到Fe(OH)3沉淀，故溶液的pH应不小于3.3，但要小于6。②锌将Co2＋、As2O5还原为相应的单质，然后两种单质形成合金。氧化过程中是Fe2＋被H2O2氧化为Fe3＋、H2O2被还原为H2O，氧化产物与还原产物物质的量之比为1:1。(3)电解时阳离子移向阴极，故a电极是阴极，与电源负极相连，b电极是阳极，
3－－AsO33通过阴离子交换膜进入阳极区，AsO3在阳极上失去电子3－3－－－＋转化为AsO34：AsO3－2e＋H2O===AsO4＋2H。
答案：(1)＋3 两性
＋
(2)①铜 3.3≤pH＜6 ②2Co2＋7Zn＋10H
＋
As2O5===7Zn2＋2CoAs＋5H2O 1:1
－－＋3－
(3)负 AsO33－2e＋H2O===AsO4＋2H
＋
＋
2．解析：(1)电镀污泥中含有Cu2Te、Cr2O3及少量Au，加入纯碱、空气煅烧产生CO2，煅烧后水浸得到Na2CrO4溶液，则煅烧时Cr2O3被氧化为Na2CrO4，空气中O2参与反应，反应的化高温
学方程式为2Cr2O3＋4Na2CO3＋3O2=====4Na2CrO4＋4CO2。
－(2)酸化时Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，离子方程式为2CrO24＋
2H＋－Cr2O27＋H2O。
高温
(3)煅烧过程中Cu2Te发生的反应为Cu2Te＋2O2=====2CuO＋TeO2，加入稀硫酸浸取后CuO生成CuSO4而进入浸出液，故所得浸出液中含有CuSO4。电解沉积过程中，阴极上Cu2＋放电析出Cu，阳极上H2O放电生成O2和H＋，故电解液中含有H2SO4，可循环利用。
(4)该过程中，Te元素得电子，化合价由＋4价降低到0价，则S元素失电子，化合价由＋4价升高到＋6价，其氧化产物为H2SO4，结合原子守恒推知未知反应物为H2O，化学方程式为TeOSO4＋2SO2＋3H2O===Te↓＋3H2SO4，该反应中转移电子总数为2×2e－＝4e－，利用“单线桥法”标注电子转移的方向和数
目。 (5)据Te原子守恒可得关系式：Cu2Te～Te，故1 000 kg电镀污泥可制得含Te 99.8%的高纯128 g·mol－1256 g·mol－1＝225 kg。 Te的质量为1 000 kg×49.9%×90%×99.8%高温答案：(1)2Cr2O3＋4Na2CO3＋3O2=====4Na2CrO4＋4CO2 －＋2－(2)2CrO2＋2HCrO427＋H2O (3)CuSO4 硫酸 (4) (5)225 3．解析：(1)NaOH中O、H之间形成的是共价键，Na＋与OH－之间形成的是离子键，根据电子式书写要求可写出NaOH的电子式为。由题给流程图可知，溶液A为偏铝酸钠和铬酸钠的混合溶液，通入二氧化碳后，沉淀B为氢氧化铝，最终生成的是铝单质，因此固体C为氧化铝，氢氧化铝生成氧化铝需要加热(或煅烧)。由氧化铝制备铝时，用的是电解法。 (2)起始时，不加热不反应，加热后反应，说明温度对反应有影响；后期加热条件下也不再反应，加入硫酸后又开始反应，说明溶液的酸度对反应有影响，所以a、c选项正确。 (3)根据反应物中元素的种类，可判断还原性气体为CO，另一种物质肯定含有Cl、Ti元素。由反应物中有TiO2、生成物的水解产物为TiO2·xH2O可知，Ti的化合价始终为＋4，即另一种生成物的分子式为TiCl4，由此写出该反应的化学方程式：2Cl2＋TiO2＋2C===2CO＋TiCl4,0.1 mol Cl2完全反应放热4.28 kJ，则2 mol氯气完全反应可放出85.6 kJ热量，该反应的热化学方程式为2Cl2(g)＋TiO2(s)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－85.6 －kJ·mol1。 －(4)通电时，CrO42在电场作用下，可以通过阴离子交换膜向 阳极室移动，脱离混合物浆液；阳极上氢氧根离子放电生成氧气，
－＋－
溶液的酸性增强，CrO42在H作用下可转化为Cr2O27，其反应
－＋－
的离子方程式为2 CrO42＋2HCr2O27＋H2O，所以含铬元
－－
素的粒子有CrO42和Cr2O27；阴极上氢离子放电生成氢气，混合物浆液中的钠离子向阴极室移动，溶液中还有氢氧化钠生成。 答案：(1) 加热(或煅烧) 电解法 (2)ac
(3)2Cl2(g)＋TiO2(s)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g)
－
ΔH＝－85.6 kJ·mol1
－
(4)在直流电场作用下，CrO24通过阴离子交换膜向阳极室移
－2－
动，脱离浆液 CrO24和Cr2O7 NaOH和H2
4．解析：(1)由题中反应可知，FeO·Cr2O3是还原剂，Fe元素化合价由＋2升高到＋3，Cr元素化合价由＋3升高到＋6,1 mol FeO·Cr2O3失去7 mol电子；NaNO3是氧化剂，N元素化合价由＋5降低到＋3,1 mol NaNO3得到2 mol电子。根据电子守恒可得，FeO·Cr2O3和NaNO3的系数比为2:7。步骤①不能使用陶瓷容器的原因是陶瓷在高温下会与Na2CO3反应。
(2)熔块中Fe2O3不溶于水，过滤后进入滤渣1，则滤渣1中
2－－含量最多的金属元素是铁。滤液1中含有AlO－SiO22、3及CrO4，－调节溶液pH＝7，则SiO2AlO－3转化为H2SiO3、2转化为Al(OH)3，
故滤渣2为Al(OH)3及含硅杂质。
－(3)由流程图可知，滤液2通过调节pH使CrO24转化为2－－＋Cr2O27，根据离子方程式2CrO4＋2H
－Cr2O27＋H2O可知，
增大H＋浓度，即pH变小，可以使上述平衡右移，有利于提高
－溶液中的Cr2O27浓度。
(4)由图像可知，在10 ℃左右时得到的K2Cr2O7固体最多。发生反应为2KCl＋Na2Cr2O7===K2Cr2O7↓＋2NaCl，该反应为复分解反应。
(5)根据铬元素守恒可得：Cr2O3～K2Cr2O7，理论上m1 kg铬1 000m1 g×40%－1，铁矿粉可制得K2Cr2O7的质量：×294 g·mol152 g·mol－11 000m2 g则K2Cr2O7的产率为×100%＝1 000m1 g×40%－1×294 g·mol152 g·mol－1190m2147m1×100%。 答案：(1)2:7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 (2)Fe Al(OH)3 －＋－(3)小 2CrO2Cr2O24＋2H7＋H2O (4)d 复分解反应 190m2(5)147m×100% 1(B组) 1．解析：本题考查工艺流程的分析，涉及物质的分离提纯、离子的检验以及离子方程式的书写等。 (1)因制备的物质为七水硫酸镁，为不引入其他杂质，故应加入硫酸溶解盐泥，为加快酸解速率，可采取升温、搅拌、粉碎盐泥等措施。 (2)根据得失电子守恒、元素守恒及电荷守恒，可配平离子方程式为：Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋2H＋＋Cl－。 (3)抽滤又称减压过滤，过滤时速度快，得到的固体较干燥；根据盐泥的成分可知，盐泥用硫酸溶解、抽滤后得到的滤渣A为BaSO4和CaSO4；根据表中数据可知，当调节滤液A的pH为5～6时，Al3＋和Fe3＋可分别水解生成Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀；滤液D中的阳离子主要为Na＋，其灼烧时火焰颜色为黄色，可用焰色反应进行检验。 (4)根据题图2可知，MgSO4·7H2O在温度高时溶解度较大，低温时易结晶析出，故操作M为将滤液B适当浓缩，趁热过滤。 (5)设2吨盐泥中含Mg(OH)2的质量为x g，MgSO4·7H2O的质量为1吨，即106 g，由MgSO4·7H2O～Mg(OH)2得x＝106×58x，该盐泥中镁(以氢氧化镁计)的质量分数为246×70%2×106×100%，代入x的数值可得其质量分数约为16.8%。 答案：(1)硫酸 升温、把盐泥粉碎、搅拌等 ＋－＋－(2)Mn2＋ClO＋H2O===MnO2↓＋2H＋Cl (3)速度快 BaSO4 Fe(OH)3 Al(OH)3 焰色反应 (4)趁热过滤 (5)16.8% 2．解析：(1)①ZnFe2O4中Zn是＋2价，O是－2价，根据化合物中正负价代数和为0可知Fe的化合价是＋3价。②反应中Fe元素化合价从＋2价升高到＋3价，碳元素化合价从＋3价部分降低到＋2价，部分升高到＋4价，所以还原产物是CO；根据方程式可知每生成1 mol ZnFe2O4转移的电子的物质的量是4 mol，总数是4NA(或2.408×1024)。 (2)将锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量FeO、CuO等氧化物杂质)酸浸，发生反应ZnFe2O4＋8H＋===2Fe3＋＋Zn2＋＋4H2O、ZnO＋2H＋===Zn2＋＋H2O、FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O、CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O，向溶液中加入双氧水，发生反应2Fe2＋＋2H＋＋HO===2Fe3＋＋2HO，调节溶液的222pH将Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，调节溶液pH时不能引进新的杂质，可以用ZnO，所以X为ZnO，然后向溶液中加入ZnS，发生反应Cu2＋＋ZnS===Zn2＋＋CuS，然后过滤，所以Y中含有CuS，最后电解得到Zn。①酸浸时要将锌焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率，为达到这一目的，还可以采用的措施是增大硫酸的浓度或升高温度、搅拌等。ZnFe2O4溶于酸的离子方程式为ZnFe2O4＋8H＋===2Fe3＋＋Zn2＋＋4H2O。②净化Ⅰ中H2O2参与反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O；③由于ZnS过量，则净化Ⅱ中Y的主要成分是CuS、ZnS。 (3)a电极产生Ti，是阴极，所以a电极是负极，其电极材料为锌，阴极是二氧化钛得到电子，电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－。 答案：(1)①＋3 ②CO 4NA(或2.408×1024) ＋(2)①适当增大c(H)(或升高温度、搅拌等其他合理答案) ＋＋＋ZnFe2O4＋8H===2Fe3＋Zn2＋4H2O ＋＋＋②H2O2＋2Fe2＋2H===2Fe3＋2H2O ③CuS、ZnS －－(3)锌(或Zn) TiO2＋4e===Ti＋2O2 3．解析：(1)电镀废渣经过量酸处理后得到的溶液中含有大量H＋，加入Na2S后发生反应：S2－＋2H＋===H2S↑，生成具有臭鸡蛋味的H2S气体。 (2)氧化阶段温度过高会造成过氧化氢的分解，导致过氧化氢损失；氧化阶段发生反应：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。FeOOH中铁为＋3价；pH过低会将生成的黄钠铁矾溶解，pH过高则不会生成黄钠铁矾；氯酸钠在氧化Fe2＋时，1 mol NaClO3得到的电子数为6NA；工业生产中温度常保持在85～95 ℃，加入Na2SO4后生成黄钠铁矾，结合题图可知此时溶液的pH约为1.2～1.8，故本题选bd。 (4)①欲使NiSO4溶液中残留的c(Ni2＋)≤2×10－5 mol·L－1，根据Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝2×10－15，则需使c(OH－)≥ 2×10－15－1＝10－5 mol·－1，故调节pH的范围 mol·LL2×10－5是pH≥9。②在空气中加热Ni(OH)2生成NiOOH，发生反应的△化学方程式为4Ni(OH)2＋O2=====4NiOOH＋2H2O。 －＋答案：(1)S2＋2H===H2S↑ (2)减少过氧化氢的分解 2Fe2＋H2O2＋2H===2Fe3＋2H2O bd
(3)静置，取少量上层清液于一小试管中继续滴加1～2滴Na2CO3溶液，无沉淀生成
△
(4)①pH≥9 ②4Ni(OH)2＋O2=====4NiOOH＋2H2O
＋＋＋
题型分组训练9 化工流程综合分析题 - 图文
