資源簡介

第三章　水溶液中的離子反應與平衡
題型整合練　工藝流程中的離子反應與平衡　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
題型1　　工藝流程中的分離與提純
1.一種磁性材料的磨削廢料的主要成分是鐵鎳合金(含鎳質量分數約21%),還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物。由該廢料制備氫氧化鎳,工藝流程如下:
回答下列問題:
(1)“除鐵”時H2O2的作用是　　　　　　,加入碳酸鈉的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“除銅”時,反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　,若用Na2S代替H2S除銅,優點是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)已知“除鈣鎂”過程在陶瓷容器中進行,NaF的實際用量不能過多的理由為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價態含氧酸鹽形式存在,主要雜質為鐵、鋁、硅、磷等的化合物。從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示。
已知:最高價鉻酸根在酸性介質中以Cr2存在。
回答下列問題:
(2)水浸渣中主要有SiO2和　　　　　。
(3)“沉淀”步驟調pH到弱堿性,主要除去的雜質是　　　　。
(4)“除硅磷”步驟中,使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。該步需要控制溶液的pH≈9以達到最好的除雜效果。若pH<9時,會導致　　　　　　　　　　　　　;pH>9時,會導致　　　　　。
(5)“分離釩”步驟中,將溶液pH調到1.8左右得到V2O5沉淀。V2O5在pH<1時,溶解為V。上述性質說明V2O5具有　　(填標號)。
A.酸性　　　　　B.堿性　　　　　C.兩性
題型2　　工藝流程中的反應條件控制及陌生方程式的書寫
3.四水合磷酸鋅[Zn3(PO4)2·4H2O]難溶于水,是一種性能優良的綠色環保防銹顏料。實驗室以鋅灰(含ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2)為原料制備Zn3(PO4)2·4H2O并回收銅的流程如下,回答下列問題:
已知:①步驟Ⅳ發生的反應為3[2ZnCO3·3Zn(OH)2·2H2O]+10H3PO4 5[Zn3(PO4)2·4H2O]+6CO2↑+10H2O;②在酸性較強溶液中,高錳酸鉀為氧化劑,還原產物為Mn2+。
(1)步驟Ⅰ中滴加KMnO4溶液反應的離子方程式為　　　　　　　　,若將步驟Ⅰ中兩種試劑加入順序調換會導致　　　　　　　　　　。
(2)試劑a為　　　　。步驟Ⅲ反應的化學方程式為　　　　　　。
題型3　　工藝流程中的定性分析與定量計算
4.紅礬鈉(Na2Cr2O7·2H2O)可用于制備制革產業中的鉻鞣劑。對含鉻污泥進行酸浸處理后,得到浸出液(主要含Na+、Ni2+、Cr3+、H+、Cr2),經過如下主要流程,可制得紅礬鈉。
已知:ⅰ.Cr(Ⅵ)溶液中存在平衡:Cr2+2H+;
ⅱ.相關金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下:
金屬離子 開始沉淀的pH 沉淀完全的pH
Cr3+ 4.3 5.6
Ni2+ 7.1 9.2
(1)過程Ⅱ中,加入NaOH調節pH至　　　(填字母)。
A.4.3~5.6　　　　B.4.3~7.1
C.5.6~7.1　　　　D.7.1~9.2
(2)過程Ⅲ中,H2O2氧化Cr(OH)3的離子方程式為　　　　　　　　。
(5)為了測定獲得的紅礬鈉(Na2Cr2O7·2H2O)純度,稱取上述流程中的產品a g配成100 mL溶液,取出25 mL放于錐形瓶中,加入稀硫酸和足量的KI溶液,置于暗處充分反應至Cr2)。
①滴定終點的現象為　　　　　　　　　　　　。
②所得Na2Cr2O7·2H2O(摩爾質量為298 g·mol-1)的純度為
　　　　　　　　　　(用質量分數表示)。
5.利用某鈷礦石(主要成分為Co2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工業產品的工藝流程如圖1所示。
圖1
已知:浸出液中含有的陽離子主要有H+、Cu2+、Co2+、Fe2+、Mg2+、Ca2+。回答下列問題:
(1)鈷礦石浸出時加入Na2SO3的目的為　　　　　　　　。
(2)溶液中lg c(X)(X表示Fe3+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Mg2+、Ca2+)與pH的關系如圖2所示(離子濃度小于10-5 mol·L-1時可認為已除盡),在萃取余液中通入空氣的目的是　　　　　　　　　　　　　,用熟石灰調pH至3.2,過濾1所得濾渣的主要成分為　　　　。
圖2
答案與分層梯度式解析
1.答案　(1)將Fe2+氧化為Fe3+　調節溶液的pH,使Fe3+完全沉淀
(2)H2S+Cu2+ CuS↓+2H+　無易揮發的有毒氣體H2S逸出,可保護環境
(3)“除鈣鎂”過程的溶液呈酸性,若NaF過量,會生成HF,HF會腐蝕陶瓷容器
解析　(1)“酸溶”時,硅的氧化物與硫酸、硝酸均不反應,“酸溶”后所得濾液中含有Fe3+、Fe2+、Ni2+、Cu2+、Mg2+、Ca2+等,“除鐵”時H2O2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+;加入碳酸鈉的目的是調節溶液的pH,使Fe3+完全沉淀。
(2)“除銅”時通入H2S,將Cu2+沉淀,反應的離子方程式為H2S+Cu2+ CuS↓+2H+。H2S為易揮發的有毒氣體,若用Na2S代替H2S除銅,可保護環境。
(3)“除銅”時生成了CuS和H+,溶液酸性增強,加入NaF“除鈣鎂”過程中,若NaF的實際用量過多,則有較多HF生成,HF會腐蝕陶瓷容器。
題型解讀　化學工藝流程是將化工生產過程中主要生產階段以流程框圖形式呈現出來,該類試題通常以陌生化合物為載體,綜合考查元素化合物的性質、陌生化學方程式的書寫、殘渣或廢液成分的判斷、反應條件的控制與選擇、物質分離提純的方法、產率的計算、Ksp的應用、綠色化學思想等。題目綜合性強,難度大,將化學與社會生產、生活聯系起來,旨在考查考生閱讀提取信息,遷移應用知識的能力,培養科學態度與社會責任的化學學科核心素養。
2.答案　(2)Fe2O3　(3)[Al(OH)4]-　(4)磷酸根離子會與H+反應使其濃度降低,導致磷酸根離子無法以MgNH4PO4的形式完全沉淀,同時可能產生硅酸膠狀沉淀不易處理　鎂離子形成氫氧化鎂沉淀,無法徹底除去含硅雜質　(5)C
解析　(2)煅燒后,含鐵雜質會轉化為Fe2O3,Fe2O3不與Na2CO3、NaOH反應,其也不溶于水。
(3)煅燒、浸取后含鋁化合物以[Al(OH)4]-形式存在,“沉淀”步驟加硫酸調節溶液pH到弱酸性,會發生反應[Al(OH)4]-+H+ Al(OH)3↓+H2O,主要除去[Al(OH)4]-。
(5)V2O5在pH<1時,以陽離子V或VO3+形式成鹽,在堿性條件下以酸根離子V或V形式成鹽,故V2O5為兩性氧化物。
3.答案　(1)Mn+3Fe2++7H2O MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+　在產物中引入雜質元素Mn
(2)稀硫酸　5ZnSO4+10NH4HCO3 2ZnCO3·3Zn(OH)2·2H2O↓+5(NH4)2SO4+8CO2↑
解析　流程分析
(1)由分析知,滴加KMnO4溶液,使溶液中的Fe2+轉化為Fe(OH)3,離子方程式為Mn+3Fe2++7H2O MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+;在酸性較強溶液中,KMnO4的還原產物為Mn2+,若將步驟Ⅰ中兩種試劑加入順序調換會導致在產物中引入雜質元素Mn。
(2)濾渣Ⅱ的成分為過量的鋅和置換出來的銅,根據流程可知,試劑a為稀硫酸;結合題中步驟Ⅳ的反應,步驟Ⅲ中加入NH4HCO3和Zn2+反應生成2ZnCO3·3Zn(OH)2·2H2O沉淀,化學方程式為5ZnSO4+10NH4HCO3 2ZnCO3·3Zn(OH)2·2H2O↓+5(NH4)2SO4+8CO2↑。
方法規律
工藝流程類題中化學方程式的書寫
　　(1)分析流程圖中的反應物:包括原料、加入的物質及溶液酸堿性。
　　(2)看生成物:包括目標產物和雜質。
　　(3)書寫、配平:靈活運用元素守恒和得失電子守恒書寫及配平陌生反應的化學方程式。
4.答案　(1)C　(2)2Cr(OH)3+3H2O2+4OH- 2Cr+8H2O　(5)①滴入最后半滴Na2S2O3標準溶液后,溶液由藍色變為無色,且30 s內不復色　②×100%
解析　(1)過程Ⅱ中,加入NaOH調節pH的目的是使Cr3+完全轉化為Cr(OH)3沉淀,與雜質Ni2+等分離,調節pH不能使Ni2+生成Ni(OH)2沉淀,則pH范圍為5.6~7.1。
(2)H2O2氧化Cr(OH)3,鉻元素化合價升高為+6價,在堿性溶液中存在形式主要為Cr,故離子方程式為2Cr(OH)3+3H2O2+4OH- 2Cr+8H2O。
(5)①Cr2與KI溶液在酸性環境下充分反應有I2生成,I2遇淀粉變藍,隨Na2S2O3標準溶液的滴入藍色變淺,恰好完全反應時藍色消失,且30 s內不復色。
②由反應Cr2+6I-+14H+ 2Cr3++3I2+7H2O和I2+2S2 2I-+S4得到關系式Cr2~3I2~6S2,n(Cr2)=×=(×) mol= mol,純度為×100%=×100%。
5.答案　(1)將Co3+還原為Co2+
(2)將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+　Fe(OH)3
解析　(1)鈷礦石主要成分為Co2O3,利用Co2O3制取Co(OH)2,需使Co3+轉化為Co2+,因此加入Na2SO3的目的為將Co3+還原為Co2+。
(2)在萃取余液中通入空氣的目的是將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+,當pH=3.2時,Fe3+基本完全轉化為Fe(OH)3,過濾1所得濾渣的主要成分為Fe(OH)3。
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