题型一 以“化工流程”为载体的基本概念、基本理论、基础实验应用题1．(2022·南京市、盐城市高三一模)碱式碳酸镁[4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O]是重要的无机化工产品。一种由白云石[主要成分为CaMg(CO3)2，还含少量SiO2、Fe2O3等]为原料制备碱式碳酸镁(国家标准中CaO的质量分数≤0.43%)的实验流程如下：(1)“煅烧”时发生主要反应的化学方程式为_________________________________________________________________________________________________________。(2)常温常压下，“碳化”可使镁元素转化为Mg(HCO3)2，“碳化”时终点pH对最终产品中CaO含量及碱式碳酸镁产率的影响如图1和图2所示。①应控制“碳化”终点pH约为________，发生的主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________和________________________________________________________________________。②图2中，当pH＝10.0时，镁元素的主要存在形式是____________(写化学式)。(3)“热解”生成碱式碳酸镁的化学方程式为______________________________________________________________________________________________________________。(4)该工艺为达到清洁生产，可以循环利用的物质是________(写化学式)。答案 (1)CaMg(CO3)2CaO＋MgO＋2CO2↑(2)①9.0 Mg(OH)2＋2CO2===Mg(HCO3)27\nCa(OH)2＋CO2===CaCO3＋H2O ②Mg(OH)2(3)5Mg(HCO3)24MgCO3·Mg(OH)2·4H2O↓＋6CO2↑(4)CO2解析 (2)①由图像可知，应控制“碳化”终点pH约为9.0，这时碱式碳酸镁产率较高，而CaO含量较低；煅烧产物CaO和MgO都可与水反应生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，结合产物的要求，所以“碳化”时发生的主要反应有Mg(OH)2＋2CO2===Mg(HCO3)2和Ca(OH)2＋CO2===CaCO3＋H2O。②当pH＝10.0时，镁元素的主要存在形式是Mg(OH)2。2．(2022·江苏省百校高三12月大联考)以软锰矿粉(主要含MnO2，还含有少量的Fe2O3、Al2O3等杂质)为原料制取高纯MnO2的流程如下：(1)“酸浸”时所发生主要反应的离子方程式为____________________________________________________________________________________________________________。(2)“酸浸”时加入一定体积的硫酸，硫酸浓度不能过小或过大。当硫酸浓度偏小时，“酸浸”时会有红褐色渣出现，原因是____________________________________________________。硫酸浓度不能过大的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________。(3)过滤Ⅱ所得滤渣为MnCO3，滤液中溶质的主要成分是____________(写化学式)。(4)焙烧MnCO3的装置如下图所示：①焙烧时所发生反应的化学方程式为_______________________________________________________________________________________________________________________。②焙烧一定时间后需转动石英管，目的是_____________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)2Fe2＋＋MnO2＋4H＋===2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O(2)生成的Fe3＋水解得到Fe(OH)3沉淀 用氨水沉淀杂质金属离子时会消耗过多的氨水，造成原料的浪费7\n(3)(NH4)2SO4(4)①2MnCO3＋O22MnO2＋2CO2②使MnCO3充分反应，提高MnCO3的转化率解析 软锰矿粉(主要含MnO2，还含有少量的Fe2O3、Al2O3等杂质)“酸浸”时，Fe2O3、Al2O3被硫酸溶解生成硫酸铁和硫酸铝，二氧化锰与硫酸亚铁在硫酸作用下发生氧化还原反应生成硫酸锰和硫酸铁；加入氨水调节pH，使铝离子和铁离子沉淀除去，在滤液中加入碳酸氢铵，沉淀锰离子，然后在空气中焙烧碳酸锰得到二氧化锰。(1)“酸浸”时所发生的主要反应是二氧化锰被硫酸亚铁还原，反应的离子方程式为2Fe2＋＋MnO2＋4H＋===2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O。(2)“酸浸”时加入一定体积的硫酸，硫酸浓度不能过小或过大。当硫酸浓度偏小时，铁离子水解程度较大，会有红褐色氢氧化铁沉淀出现；硫酸浓度过大，用氨水沉淀杂质金属离子时会消耗过多的氨水，造成原料的浪费。(3)过滤Ⅱ所得滤渣为MnCO3，滤液中主要含有(NH4)2SO4。3．(2022·常州市高三一模)利用废铅蓄电池的铅泥(PbO、Pb及PbSO4等)可制备精细无机化工产品——3PbO·PbSO4·H2O(三盐)，主要制备流程如下：(1)步骤①PbSO4转化为难溶PbCO3的离子方程式为________________________________________________________________________。(2)滤液1和滤液3经脱色、蒸发、结晶可得到的副产品为________________(写化学式)。(3)步骤③“酸溶”时，其中的铅与硝酸生成Pb(NO3)2及NO的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________；滤液2中溶质主要成分为________(写化学式)。(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________。(5)步骤⑦洗涤操作时，检验沉淀是否洗涤完全的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。7\n答案 (1)CO＋PbSO4===PbCO3＋SO(2)Na2SO4·10H2O(或Na2SO4)(3)3Pb＋8H＋＋2NO===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O HNO3(4)4PbSO4＋6NaOH===3Na2SO4＋3PbO·PbSO4·H2O＋2H2O(5)取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全解析 向铅泥中加入Na2CO3溶液，PbSO4转化为难溶PbCO3的离子方程式为CO＋PbSO4===PbCO3＋SO，然后过滤得到滤液1为Na2SO4溶液，向滤渣中加入硝酸酸溶，PbO、Pb、PbCO3都与硝酸反应生成Pb(NO3)2，Pb与硝酸反应还生成NO，则铅与硝酸反应的离子方程式为3Pb＋8H＋＋2NO===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O，然后向溶液中加入硫酸，生成PbSO4沉淀，过滤，滤液2的主要成分是HNO3，向滤渣中加入NaOH溶液，发生反应：4PbSO4＋6NaOH===3Na2SO4＋3PbO·PbSO4·H2O＋2H2O，过滤、洗涤、干燥得到3PbO·PbSO4·H2O，滤液3中含有Na2SO4。(5)该沉淀吸附的离子是硫酸根离子，用盐酸酸化的氯化钡检验，其检验方法为：取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全。4．(2022·淮安、宿迁等高三质检)从废电池外壳中回收锌(锌皮中常有少量铁、外表沾有NH4Cl、ZnCl2、MnO2等杂质)，制取ZnSO4·7H2O可以采取如下工艺流程：已知：①Zn(OH)2和Al(OH)3化学性质相似；②金属氢氧化物沉淀的pH：氢氧化物开始沉淀的pH完全沉淀的pHZn(OH)25.78.0Fe(OH)32.73.7请回答下列问题：(1)“酸溶”时，为了提高酸溶速率，可采取的措施有________________(任答一点)。(2)“氧化”时，酸性滤液中加入NaNO2反应的离子方程式为________________________________________________________________________。7\n(3)“氧化”时，为了减少污染，工业上常用H2O2替代NaNO2。①若参加反应的NaNO2为0.2mol，则对应至少需要加入10%H2O2溶液________mL(密度近似为1g·cm－3)。②该过程中加入的H2O2需多于理论值，原因除了提高另外反应物的转化率外，还可能是________________________________________________________________________。(4)“调节pH”时，若pH＞8则造成锌元素沉淀率降低，其原因可能是________________________________________________________________________。(5)将滤渣A溶于适量稀硫酸，调节溶液pH，过滤，将滤液蒸发浓缩，冷却结晶析出ZnSO4·7H2O晶体。则该过程中需调节溶液pH的范围为________________。答案 (1)将废锌皮粉碎(或升高温度；适当提高硫酸浓度；搅拌)(2)Fe2＋＋NO＋2H＋===Fe3＋＋NO↑＋H2O(3)①34 ②Fe3＋(或Fe2＋)催化分解双氧水(4)碱性过强，氢氧化锌可能溶解(5)3.7≤pH<5.7解析 本题主要考查对于“制取ZnSO4·7H2O工艺流程”的评价。(1)“酸溶”时，为了提高酸溶速率，可采取的措施有：将废锌皮粉碎(或升高温度；适当提高硫酸浓度；搅拌)。(2)“氧化”时，酸性滤液中加入NaNO2，形成的亚硝酸将亚铁离子氧化为铁离子，反应的离子方程式为Fe2＋＋NO＋2H＋===Fe3＋＋NO↑＋H2O。(3)①若参加反应的NaNO2为0.2mol,2NaNO2～H2O2～2e－，则至少需要加入10%H2O2溶液34mL(密度近似为1g·cm－3)。②该过程中加入的H2O2需多于理论值，原因除了提高另外反应物的转化率外，还可能是Fe3＋(或Fe2＋)催化分解双氧水。(4)已知氢氧化锌具有两性，“调节pH”时，若pH＞8，则造成锌元素沉淀率降低，其原因可能是碱性过强，氢氧化锌可能溶解。(5)该过程中将氢氧化铁过滤除去，同时保证Zn2＋不沉淀，所以需调节溶液pH的范围为3.7≤pH＜5.7。5．(2022·泰州高三模拟)实验室以蛇纹石酸浸出液(主要含Fe3＋，还有一定量的Al3＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋等)为原料制备高纯氧化铁，流程如下：已知流程中相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表：氢氧化物Fe3＋Fe2＋Al3＋7\n开始沉淀的pH1.15.83.0沉淀完全的pH3.28.85.0(1)“还原”时，应选择________(填字母)。A．Zn粉 B．NaClO溶液 C．Fe粉(2)“滤渣”的主要成分除含有少量MnF2外，还含有________________(填化学式)。(3)“沉锰”时，已知：Ksp(MnS)＝4.65×10－14。为确保沉锰完全[即溶液中c(Mn2＋)＜1.0×10－6mol·L－1]，应保持溶液中c(S2－)＞________________mol·L－1。(4)“除铝”时，控制溶液pH的范围为________________。(5)“氧化”时，常用酸性K2Cr2O7溶液检测是否残留未被氧化的金属离子，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)“沉铁”时，反应温度为85℃，反应时间和反应终点pH对铁的沉淀率的影响分别如下图所示，则最佳的工艺条件是_____________________________________________________。答案 (1)C(2)CaF2、MgF2(3)4.65×10－8(4)5.0～5.8(5)Cr2O＋14H＋＋6Fe2＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O(6)反应时间30min、终点pH＝3.5解析 (1)不能引入新杂质，把Fe3＋还原为Fe2＋时，应选择铁粉，故C正确。(2)浸出液含有Al3＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋，加入硫化钠除去锰离子、加入氨水除去铝离子，所以加入氟化钠是除去Ca2＋、Mg2＋，“滤渣”的主要成分除含有少量MnF2外，还含有CaF2、MgF2。(3)根据Ksp＝c(Mn2＋)·c(S2－)，c(S2－)＝mol·L－1＝4.65×10－8mol·L－1，所以应保持溶液中c(S2－)＞4.65×10－8mol·L－1。7\n(4)“除铝”时，铝离子完全沉淀，而亚铁离子不能沉淀，根据表格数据，控制溶液pH的范围为5.0～5.8。(5)K2Cr2O7溶液把Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为Cr2O＋14H＋＋6Fe2＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。(6)根据铁沉淀率，最佳的工艺条件是反应时间30min、终点pH＝3.5。7
