資源簡介

熱點突破練9　無機化工流程綜合題
1.(2023·河北卷)閉環(huán)循環(huán)有利于提高資源利用率和實現(xiàn)綠色化學(xué)的目標。利用氨法浸取可實現(xiàn)廢棄物銅包鋼的有效分離,同時得到的CuCl可用于催化、醫(yī)藥、冶金等重要領(lǐng)域。工藝流程如下:
已知:室溫下的Ksp(CuCl)=10-6.8。
回答下列問題:
(1)首次浸取所用深藍色溶液①由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應(yīng)得到,其主要成分為　　　　(填化學(xué)式)。
(2)濾渣的主要成分為　　　　(填化學(xué)式)。
(3)浸取工序的產(chǎn)物為[Cu(NH3)2]Cl,該工序發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
浸取后濾液的一半經(jīng)氧化工序可得深藍色溶液①,氧化工序發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)浸取工序宜在30~40 ℃之間進行,當環(huán)境溫度較低時,浸取液再生后不需額外加熱即可進行浸取的原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)補全中和工序中主反應(yīng)的離子方程式
[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===　　　　+　　　　。
(6)真空干燥的目的為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(2023·湖南卷)超純Ga(CH3)3是制備第三代半導(dǎo)體的支撐源材料之一,近年來,我國科技工作者開發(fā)了超純純化、超純分析和超純灌裝一系列高新技術(shù),在研制超純Ga(CH3)3方面取得了顯著成果。工業(yè)上以粗鎵為原料,制備超純Ga(CH3)3的工藝流程如下:
已知:①金屬Ga的化學(xué)性質(zhì)和Al相似,Ga的熔點為29.8 ℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作為配體;
③相關(guān)物質(zhì)的沸點:
物質(zhì) Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸點/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列問題:
(1)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的產(chǎn)物還包括MgI2和CH3MgI,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“殘渣”經(jīng)純水處理,能產(chǎn)生可燃性氣體,該氣體主要成分是　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)下列說法錯誤的是　　　　。
A.流程中Et2O得到了循環(huán)利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在無水無氧的條件下進行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氫譜不能區(qū)分Ga(CH3)3和CH3I
3.(2023·湖北卷)SiCl4是生產(chǎn)多晶硅的副產(chǎn)物。利用SiCl4對廢棄的鋰電池正極材料LiCoO2進行氯化處理以回收Li、Co等金屬,工藝路線如下:
回答下列問題:
(1)燒渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物,“500 ℃焙燒”后剩余的SiCl4應(yīng)先除去,否則水浸時會產(chǎn)生大量煙霧,用化學(xué)方程式表示其原因　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)鑒別洗凈的“濾餅3”和固體Na2CO3常用方法的名稱是　　　　　　。
(3)已知Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15,若“沉鈷過濾”的pH控制為10.0,則溶液中Co2+濃度為　　　　　　 mol·L-1?！?50 ℃煅燒”時的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
4.(2023·遼寧卷)某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。實現(xiàn)鎳、鈷、鎂元素的回收。
已知:
物質(zhì) Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8
回答下列問題:
(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時,提高浸取速率的方法為
　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　(答出一條即可)。
(2)“氧化”中,用石灰乳調(diào)節(jié)pH=4,Mn2+被H2SO5氧化為MnO2,該反應(yīng)的離子方程式為
　　　　　　　　　　　　　　
(H2SO5的電離第一步完全,第二步微弱);濾渣的成分為MnO2、　　　　　　　　(填化學(xué)式)。
(3)“氧化”中保持空氣通入速率不變,Mn(Ⅱ)氧化率與時間的關(guān)系如下。SO2體積分數(shù)為　　　　　　時,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;繼續(xù)增大SO2體積分數(shù)時,Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)“沉鈷鎳”中得到的Co(Ⅱ)在空氣中可被氧化成CoO(OH),該反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)“沉鎂”中為使Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制pH不低于　　　　　　(精確至0.1)。
5.(2024·黑龍江哈爾濱三模)銻屬于氮族元素,廣泛用于制造合金、瓷器、顏料、印刷油墨、防爆材料等?，F(xiàn)用銻精礦(主要含有Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO等雜質(zhì))來制備銻和焦銻酸鈉[NaSb(OH)6]。其工藝流程如圖所示:
已知:常溫下,Ksp(CuS)=6.3×10-36,
Ksp[Cu(OH)2]=2.1×10-20。
回答下列問題:
(1)濾渣Ⅰ的主要成分有　　　　　。
(2)“堿浸”時,Sb2O3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為
　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)濾渣Ⅱ的主要成分有　　　　　。
(4)產(chǎn)品NaSb(OH)6需洗滌、干燥,檢驗固體是否洗滌干凈的試劑為　　　　　(填化學(xué)式)。
(5)常溫條件下,向堿浸液中加入CuSO4溶液,生成CuS和Cu(OH)2沉淀時,溶液的pH為10,則溶液中剩余c(S2-)=　　　　　 mol·L-1。
熱點突破練9　無機化工流程綜合題
1.(2023·河北卷)閉環(huán)循環(huán)有利于提高資源利用率和實現(xiàn)綠色化學(xué)的目標。利用氨法浸取可實現(xiàn)廢棄物銅包鋼的有效分離,同時得到的CuCl可用于催化、醫(yī)藥、冶金等重要領(lǐng)域。工藝流程如下:
已知:室溫下的Ksp(CuCl)=10-6.8。
回答下列問題:
(1)首次浸取所用深藍色溶液①由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應(yīng)得到,其主要成分為　　　　(填化學(xué)式)。
(2)濾渣的主要成分為　　　　(填化學(xué)式)。
(3)浸取工序的產(chǎn)物為[Cu(NH3)2]Cl,該工序發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
浸取后濾液的一半經(jīng)氧化工序可得深藍色溶液①,氧化工序發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)浸取工序宜在30~40 ℃之間進行,當環(huán)境溫度較低時,浸取液再生后不需額外加熱即可進行浸取的原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)補全中和工序中主反應(yīng)的離子方程式
[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===　　　　+　　　　。
(6)真空干燥的目的為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)[Cu(NH3)4]Cl2　(2)Fe
(3)[Cu(NH3)4]Cl2+Cu===2[Cu(NH3)2]Cl　8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+===4[Cu(NH3)4]2++2H2O　(4)鹽酸和液氨反應(yīng)放熱　(5)CuCl↓　2N　(6)防止干燥過程中CuCl被空氣中的O2氧化
解析　由題給流程可知,銅包鋼用由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應(yīng)得到的[Cu(NH3)4]Cl2深藍色溶液浸取,將銅轉(zhuǎn)化為[Cu(NH3)2]Cl,過濾得到含有鐵的濾渣和[Cu(NH3)2]Cl濾液;將濾液的一半經(jīng)氧化工序?qū)Cu(NH3)2]Cl轉(zhuǎn)化為可以循環(huán)使用的[Cu(NH3)4]Cl2;濾液的一半加入硫酸、鹽酸中和,將[Cu(NH3)2]Cl轉(zhuǎn)化為硫酸亞銅和氯化亞銅沉淀,過濾得到含有硫酸銨、硫酸亞銅的濾液和氯化亞銅;氯化亞銅經(jīng)鹽酸、乙醇洗滌后,真空干燥得到氯化亞銅;硫酸亞銅溶液發(fā)生置換反應(yīng)生成海綿銅。(1)由分析可知,由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應(yīng)得到的深藍色溶液①為[Cu(NH3)4]Cl2;(3)由分析可知,浸取工序發(fā)生的反應(yīng)為[Cu(NH3)4]Cl2溶液與銅反應(yīng)生成[Cu(NH3)2]Cl,反應(yīng)的化學(xué)方程式為[Cu(NH3)4]Cl2+Cu===2[Cu(NH3)2]Cl;氧化工序中[Cu(NH3)2]Cl發(fā)生的反應(yīng)為[Cu(NH3)2]Cl溶液與氨水、氧氣反應(yīng)生成[Cu(NH3)4]Cl2和水,反應(yīng)的離子方程式為8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+===4[Cu(NH3)4]2++2H2O;(4)浸取工序中鹽酸與氨水反應(yīng)生成氯化銨和水的反應(yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)放出的熱量可以使反應(yīng)溫度保持在30~40 ℃之間,所以當環(huán)境溫度較低時,浸取液再生后不需額外加熱即可進行浸取;(5)由題給方程式可知,溶液中加二氨合亞銅離子與氯離子、氫離子反應(yīng)生成氯化亞銅沉淀和銨根離子,反應(yīng)的離子方程式為[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===CuCl↓+2N;(6)氯化亞銅易被空氣中的氧氣氧化,所以為了防止干燥過程中氯化亞銅被氧化,應(yīng)采用真空干燥的方法干燥。
2.(2023·湖南卷)超純Ga(CH3)3是制備第三代半導(dǎo)體的支撐源材料之一,近年來,我國科技工作者開發(fā)了超純純化、超純分析和超純灌裝一系列高新技術(shù),在研制超純Ga(CH3)3方面取得了顯著成果。工業(yè)上以粗鎵為原料,制備超純Ga(CH3)3的工藝流程如下:
已知:①金屬Ga的化學(xué)性質(zhì)和Al相似,Ga的熔點為29.8 ℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作為配體;
③相關(guān)物質(zhì)的沸點:
物質(zhì) Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸點/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列問題:
(1)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的產(chǎn)物還包括MgI2和CH3MgI,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“殘渣”經(jīng)純水處理,能產(chǎn)生可燃性氣體,該氣體主要成分是　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)下列說法錯誤的是　　　　。
A.流程中Et2O得到了循環(huán)利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在無水無氧的條件下進行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氫譜不能區(qū)分Ga(CH3)3和CH3I
答案　(1)8CH3I+2Et2O+Ga2Mg5===2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI
(2)CH4　(3)D
解析　以粗鎵為原料,制備超純Ga(CH3)3,粗Ga經(jīng)過電解精煉得到純Ga,Ga和Mg反應(yīng)生成Ga2Mg5,Ga2Mg5和CH3I、Et2O反應(yīng)生成Ga(CH3)3(Et2O)、MgI2和CH3MgI,然后經(jīng)過蒸發(fā)溶劑、蒸餾,除去殘渣MgI2、CH3MgI,加入NR3進行配體交換、進一步蒸出得到超純Ga(CH3)3,Et2O重復(fù)利用,據(jù)此解答。(1)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的產(chǎn)物還包括MgI2和CH3MgI,該反應(yīng)的化學(xué)方程式8CH3I+2Et2O+Ga2Mg5===2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI;(2)“殘渣”含CH3MgI,經(jīng)純水處理,能產(chǎn)生可燃性氣體CH4;(3)A.根據(jù)分析,流程中Et2O得到了循環(huán)利用,A正確;B.Ga(CH3)3(Et2O)容易和水反應(yīng),容易被氧化,則流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在無水無氧的條件下進行,B正確;C.“配體交換”得到Ga(CH3)3(NR3),“工序X”先解配Ga(CH3)3(NR3)后蒸出Ga(CH3)3,C正確;D.二者甲基的環(huán)境不同,核磁共振氫譜化學(xué)位移不同,用核磁共振氫譜能區(qū)分Ga(CH3)3和CH3I,D錯誤;故選D。
3.(2023·湖北卷)SiCl4是生產(chǎn)多晶硅的副產(chǎn)物。利用SiCl4對廢棄的鋰電池正極材料LiCoO2進行氯化處理以回收Li、Co等金屬,工藝路線如下:
回答下列問題:
(1)燒渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物,“500 ℃焙燒”后剩余的SiCl4應(yīng)先除去,否則水浸時會產(chǎn)生大量煙霧,用化學(xué)方程式表示其原因　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)鑒別洗凈的“濾餅3”和固體Na2CO3常用方法的名稱是　　　　　　。
(3)已知Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15,若“沉鈷過濾”的pH控制為10.0,則溶液中Co2+濃度為　　　　　　 mol·L-1?！?50 ℃煅燒”時的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)SiCl4+3H2O===H2SiO3+4HCl↑(或SiCl4+4H2O===H4SiO4+4HCl↑)　(2)焰色試驗
(3)5.9×10-7　6Co(OH)2+O22Co3O4+6H2O
解析　由流程和題中信息可知,LiCoO2粗品與SiCl4在500 ℃焙燒時生成氧氣和燒渣,燒渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物;燒渣經(jīng)水浸、過濾后得濾液1和濾餅1,濾餅1的主要成分是SiO2和H2SiO3;濾液1用氫氧化鈉溶液沉鈷,過濾后得濾餅2[主要成分為Co(OH)2]和濾液2(主要溶質(zhì)為LiCl);濾餅2置于空氣中在850 ℃煅燒得到Co3O4;濾液2經(jīng)碳酸鈉溶液沉鋰,得到濾液3和濾餅3,濾餅3為Li2CO3。(1)“500 ℃焙燒”后剩余的SiCl4應(yīng)先除去,否則水浸時會產(chǎn)生大量煙霧,由此可知,四氯化硅可與水反應(yīng)生成氯化氫和硅酸或原硅酸,故其原因是SiCl4遇水劇烈水解,生成硅酸或原硅酸和氯化氫,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiCl4+3H2O===H2SiO3+4HCl↑或SiCl4+4H2O===H4SiO4+4HCl↑。(2)洗凈的“濾餅3”的主要成分為Li2CO3,常用焰色試驗鑒別Li2CO3和Na2CO3,Li2CO3的焰色試驗為紫紅色,而Na2CO3的焰色試驗為黃色。(3)已知Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15,若“沉鈷過濾”的pH控制為10.0,則溶液中c(OH-)=1.0×10-4 mol·L-1,Co2+濃度為= mol·L-1=5.9×10-7 mol·L-1?！?50 ℃煅燒”時,Co(OH)2與O2反應(yīng)生成Co3O4和H2O,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為6Co(OH)2+O22Co3O4+6H2O。
4.(2023·遼寧卷)某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。實現(xiàn)鎳、鈷、鎂元素的回收。
已知:
物質(zhì) Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8
回答下列問題:
(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時,提高浸取速率的方法為
　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　(答出一條即可)。
(2)“氧化”中,用石灰乳調(diào)節(jié)pH=4,Mn2+被H2SO5氧化為MnO2,該反應(yīng)的離子方程式為
　　　　　　　　　　　　　　
(H2SO5的電離第一步完全,第二步微弱);濾渣的成分為MnO2、　　　　　　　　(填化學(xué)式)。
(3)“氧化”中保持空氣通入速率不變,Mn(Ⅱ)氧化率與時間的關(guān)系如下。SO2體積分數(shù)為　　　　　　時,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;繼續(xù)增大SO2體積分數(shù)時,Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)“沉鈷鎳”中得到的Co(Ⅱ)在空氣中可被氧化成CoO(OH),該反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)“沉鎂”中為使Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制pH不低于　　　　　　(精確至0.1)。
答案　(1)適當增大硫酸濃度或適當升高溫度或?qū)㈡団挼V粉碎增大接觸面積(合理即可)
(2)H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+　Fe(OH)3、CaSO4
(3)9.0%　SO2有還原性,也能還原H2SO5
(4)4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O
(5)11.1
解析　在“氧化”中,混合氣在金屬離子的催化作用下產(chǎn)生具有強氧化性的過一硫酸(H2SO5),用石灰乳調(diào)節(jié)pH=4,Mn2+、Fe2+被H2SO5氧化為MnO2、Fe3+,發(fā)生反應(yīng)H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+,同時Fe3+水解生成氫氧化鐵,“沉鈷鎳”過程中,Co2+變?yōu)镃o(OH)2,在空氣中可被氧化成CoO(OH)。(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時,為提高浸取速率可適當增大硫酸濃度、升高溫度或?qū)㈡団挼V粉碎增大接觸面積(合理即可);(2)用石灰乳調(diào)節(jié)pH=4,Mn2+被H2SO5氧化為MnO2,該反應(yīng)的離子方程式為:H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+;氫氧化鐵的Ksp=10-37.4,當鐵離子完全沉淀時,溶液中c(Fe3+)=10-5 mol·L-1,Ksp=c3(OH-)×c(Fe3+)=c3(OH-)×10-5=10-37.4,c(OH-)=10-10.8 mol·L-1,根據(jù)Kw=10-14,pH=3.2,此時溶液的pH=4,則鐵離子完全水解,生成氫氧化鐵沉淀,故濾渣還有氫氧化鐵和CaSO4;(3)根據(jù)圖示可知SO2體積分數(shù)為9.0%時,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;SO2具有還原性,也能還原H2SO5,其體積分數(shù)過大時,與H2SO5反應(yīng),使Mn(Ⅱ)氧化速率減小;(4)“沉鈷鎳”中得到的Co(OH)2,在空氣中可被氧化成CoO(OH),該反應(yīng)的化學(xué)方程式為:4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O;(5)氫氧化鎂的Ksp=10-10.8, 當鎂離子完全沉淀時,c(Mg2+)=10-5 mol·L-1,根據(jù)Ksp可計算c(OH-)=10-2.9 mol·L-1,根據(jù)Kw=10-14,c(H+)=10-11.1 mol·L-1,所以溶液的pH=11.1。
5.(2024·黑龍江哈爾濱三模)銻屬于氮族元素,廣泛用于制造合金、瓷器、顏料、印刷油墨、防爆材料等?，F(xiàn)用銻精礦(主要含有Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO等雜質(zhì))來制備銻和焦銻酸鈉[NaSb(OH)6]。其工藝流程如圖所示:
已知:常溫下,Ksp(CuS)=6.3×10-36,
Ksp[Cu(OH)2]=2.1×10-20。
回答下列問題:
(1)濾渣Ⅰ的主要成分有　　　　　。
(2)“堿浸”時,Sb2O3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為
　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)濾渣Ⅱ的主要成分有　　　　　。
(4)產(chǎn)品NaSb(OH)6需洗滌、干燥,檢驗固體是否洗滌干凈的試劑為　　　　　(填化學(xué)式)。
(5)常溫條件下,向堿浸液中加入CuSO4溶液,生成CuS和Cu(OH)2沉淀時,溶液的pH為10,則溶液中剩余c(S2-)=　　　　　 mol·L-1。
答案　(1)Fe2O3、CuO　(2)Sb2O3+6Na2S+3H2O===2Na3SbS3+6NaOH　(3)S　(4)HNO3溶液和AgNO3溶液　(5)3×10-24
解析　銻精礦主要含Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO,根據(jù)流程圖,加入氫氧化鈉溶液、Na2S溶液充分堿浸,過濾得Fe2O3、CuO固體,同時得到Na3SbS3、Na2S、NaOH的混合液,則濾渣Ⅰ的主要成分為Fe2O3、CuO。線路一直接電解混合液得到銻單質(zhì);線路二加入氧化劑將Sb元素氧化得到粗Na3SbO4沉淀,加入的氧化劑同時將S2-氧化為硫單質(zhì),所以粗Na3SbO4沉淀中混有S單質(zhì),加鹽酸酸浸,濾渣Ⅱ主要成分為S,濾液加NaOH溶液中和酸,最終得到NaSb(OH)6。(2)“堿浸”時,Sb2O3轉(zhuǎn)化為Na3SbS3,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Sb2O3+6Na2S+3H2O===2Na3SbS3+6NaOH;(4)產(chǎn)品NaSb(OH)6需洗滌、干燥,檢驗固體是否洗滌干凈,即檢驗是否含有Cl-,所加入的試劑為HNO3溶液和AgNO3溶液;(5)根據(jù)Ksp(CuS)=6.3×10-36、Ksp[Cu(OH)2]=2.1×10-20,常溫條件下,向堿浸液中加入CuSO4溶液,生成CuS和Cu(OH)2沉淀時,溶液的pH為10,c(Cu2+)== mol·L-1=2.1×10-12 mol·L-1,則溶液中剩余c(S2-)== mol·L-1=3×10-24 mol·L-1。(共24張PPT)
熱點突破練9　無機化工流程綜合題
第一篇　新高考題型突破
板塊Ⅴ　水溶液中的離子平衡
1.(2023·河北卷)閉環(huán)循環(huán)有利于提高資源利用率和實現(xiàn)綠色化學(xué)的目標。利用氨法浸取可實現(xiàn)廢棄物銅包鋼的有效分離,同時得到的CuCl可用于催化、醫(yī)藥、冶金等重要領(lǐng)域。工藝流程如下:
已知:室溫下的Ksp(CuCl)=10-6.8。
回答下列問題:
(1)首次浸取所用深藍色溶液①由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應(yīng)得到,其主要成分為　 　　　(填化學(xué)式)。
(2)濾渣的主要成分為　　　　(填化學(xué)式)。
(3)浸取工序的產(chǎn)物為[Cu(NH3)2]Cl,該工序發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
浸取后濾液的一半經(jīng)氧化工序可得深藍色溶液①,氧化工序發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
[Cu(NH3)4]Cl2
Fe
[Cu(NH3)4]Cl2+Cu===2[Cu(NH3)2]Cl
8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+===4[Cu(NH3)4]2++2H2O
(4)浸取工序宜在30~40 ℃之間進行,當環(huán)境溫度較低時,浸取液再生后不需額外加熱即可進行浸取的原因是　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)補全中和工序中主反應(yīng)的離子方程式
[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===　　　　+　　　　。
(6)真空干燥的目的為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。
鹽酸和液氨反應(yīng)放熱
CuCl↓
2N
防止干燥過程中CuCl被空氣中的O2氧化
解析　由題給流程可知,銅包鋼用由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應(yīng)得到的[Cu(NH3)4]Cl2深藍色溶液浸取,將銅轉(zhuǎn)化為[Cu(NH3)2]Cl,過濾得到含有鐵的濾渣和[Cu(NH3)2]Cl濾液;將濾液的一半經(jīng)氧化工序?qū)Cu(NH3)2]Cl轉(zhuǎn)化為可以循環(huán)使用的[Cu(NH3)4]Cl2;濾液的一半加入硫酸、鹽酸中和,將[Cu(NH3)2]Cl轉(zhuǎn)化為硫酸亞銅和氯化亞銅沉淀,過濾得到含有硫酸銨、硫酸亞銅的濾液和氯化亞銅;氯化亞銅經(jīng)鹽酸、乙醇洗滌后,真空干燥得到氯化亞銅;硫酸亞銅溶液發(fā)生置換反應(yīng)生成海綿銅。(1)由分析可知,由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應(yīng)得到的深藍色溶液①為[Cu(NH3)4]Cl2;(3)由分析可知,浸取工序發(fā)生的反應(yīng)為[Cu(NH3)4]Cl2溶液與銅反應(yīng)生成[Cu(NH3)2]Cl,反應(yīng)的化學(xué)方程式為[Cu(NH3)4]Cl2+Cu=== 2[Cu(NH3)2]Cl;
氧化工序中[Cu(NH3)2]Cl發(fā)生的反應(yīng)為[Cu(NH3)2]Cl溶液與氨水、氧氣反應(yīng)生成[Cu(NH3)4]Cl2和水,反應(yīng)的離子方程式為8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+=== 4[Cu(NH3)4]2+ +2H2O;(4)浸取工序中鹽酸與氨水反應(yīng)生成氯化銨和水的反應(yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)放出的熱量可以使反應(yīng)溫度保持在30~40 ℃之間,所以當環(huán)境溫度較低時,浸取液再生后不需額外加熱即可進行浸取;(5)由題給方程式可知,溶液中加二氨合亞銅離子與氯離子、氫離子反應(yīng)生成氯化亞銅沉淀和銨根離子,反應(yīng)的離子方程式為[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===CuCl↓+2N;(6)氯化亞銅易被空氣中的氧氣氧化,所以為了防止干燥過程中氯化亞銅被氧化,應(yīng)采用真空干燥的方法干燥。
2.(2023·湖南卷)超純Ga(CH3)3是制備第三代半導(dǎo)體的支撐源材料之一,近年來,我國科技工作者開發(fā)了超純純化、超純分析和超純灌裝一系列高新技術(shù),在研制超純Ga(CH3)3方面取得了顯著成果。工業(yè)上以粗鎵為原料,制備超純Ga(CH3)3的工藝流程如下:
回答下列問題:
(1)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的產(chǎn)物還包括MgI2和CH3MgI,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“殘渣”經(jīng)純水處理,能產(chǎn)生可燃性氣體,該氣體主要成分是　　　　　　　。
已知:①金屬Ga的化學(xué)性質(zhì)和Al相似,Ga的熔點為29.8 ℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作為配體;
③相關(guān)物質(zhì)的沸點:
物質(zhì) Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸點/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
8CH3I+2Et2O+Ga2Mg5===2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI
CH4
解析　以粗鎵為原料,制備超純Ga(CH3)3,粗Ga經(jīng)過電解精煉得到純Ga,Ga和Mg反應(yīng)生成Ga2Mg5,Ga2Mg5和CH3I、Et2O反應(yīng)生成Ga(CH3)3(Et2O)、MgI2和CH3MgI,然后經(jīng)過蒸發(fā)溶劑、蒸餾,除去殘渣MgI2、CH3MgI,加入NR3進行配體交換、進一步蒸出得到超純Ga(CH3)3,Et2O重復(fù)利用,據(jù)此解答。(1)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的產(chǎn)物還包括MgI2和CH3MgI,該反應(yīng)的化學(xué)方程式8CH3I+2Et2O+Ga2Mg5===2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI;(2)“殘渣”含CH3MgI,經(jīng)純水處理,能產(chǎn)生可燃性氣體CH4;
(3)下列說法錯誤的是　　　　。
A.流程中Et2O得到了循環(huán)利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在無水無氧的條件下進行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氫譜不能區(qū)分Ga(CH3)3和CH3I
D
解析　(3)A.根據(jù)分析,流程中Et2O得到了循環(huán)利用,A正確;B.Ga(CH3)3(Et2O)容易和水反應(yīng),容易被氧化,則流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在無水無氧的條件下進行,B正確;C.“配體交換”得到Ga(CH3)3(NR3),“工序X”先解配Ga(CH3)3(NR3)后蒸出Ga(CH3)3,C正確;D.二者甲基的環(huán)境不同,核磁共振氫譜化學(xué)位移不同,用核磁共振氫譜能區(qū)分Ga(CH3)3和CH3I,D錯誤;故選D。
3.(2023·湖北卷)SiCl4是生產(chǎn)多晶硅的副產(chǎn)物。利用SiCl4對廢棄的鋰電池正極材料LiCoO2進行氯化處理以回收Li、Co等金屬,工藝路線如下:
回答下列問題:
(1)燒渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物,“500 ℃焙燒”后剩余的SiCl4應(yīng)先除去,否則水浸時會產(chǎn)生大量煙霧,用化學(xué)方程式表示其原因　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)鑒別洗凈的“濾餅3”和固體Na2CO3常用方法的名稱是　　　　　　。
(3)已知Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15,若“沉鈷過濾”的pH控制為10.0,則溶液中Co2+濃度為　　　　　　 mol·L-1。“850 ℃煅燒”時的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
SiCl4+3H2O===H2SiO3+4HCl↑(或SiCl4+4H2O===H4SiO4+4HCl↑)
焰色試驗
5.9×10-7
4.(2023·遼寧卷)某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。實現(xiàn)鎳、鈷、鎂元素的回收。
已知:
物質(zhì) Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8
回答下列問題:
(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時,提高浸取速率的方法為____________________________
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　(答出一條即可)。
(2)“氧化”中,用石灰乳調(diào)節(jié)pH=4,Mn2+被H2SO5氧化為MnO2,該反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (H2SO5的電離第一步完全,第二步微弱);濾渣的成分為MnO2、________________(填化學(xué)式)。
適當增大硫酸濃度或適當升高溫度或?qū)㈡団挼V粉碎增大接觸面積(合理即可)
H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+
Fe(OH)3、CaSO4
解析　在“氧化”中,混合氣在金屬離子的催化作用下產(chǎn)生具有強氧化性的過一硫酸(H2SO5),用石灰乳調(diào)節(jié)pH=4,Mn2+、Fe2+被H2SO5氧化為MnO2、Fe3+,發(fā)生反應(yīng)H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+,同時Fe3+水解生成氫氧化鐵,“沉鈷鎳”過程中,Co2+變?yōu)镃o(OH)2,在空氣中可被氧化成CoO(OH)。(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時,為提高浸取速率可適當增大硫酸濃度、升高溫度或?qū)㈡団挼V粉碎增大接觸面積(合理即可);(2)用石灰乳調(diào)節(jié)pH=4,Mn2+被H2SO5氧化為MnO2,該反應(yīng)的離子方程式為:H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+;氫氧化鐵的Ksp=10-37.4,當鐵離子完全沉淀時,溶液中c(Fe3+)=10-5 mol·L-1,Ksp=c3(OH-)×c(Fe3+)=c3(OH-)×10-5=10-37.4, c(OH-)=10-10.8 mol·L-1,根據(jù)Kw=10-14,pH=3.2,此時溶液的pH=4,則鐵離子完全水解,生成氫氧化鐵沉淀,故濾渣還有氫氧化鐵和CaSO4;
(3)“氧化”中保持空氣通入速率不變,Mn(Ⅱ)氧化率與時間的關(guān)系如下。SO2體積分數(shù)為　　　　　　時,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;繼續(xù)增大SO2體積分數(shù)時,Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。
9.0%
SO2有還原性,也能還原H2SO5
解析　(3)根據(jù)圖示可知SO2體積分數(shù)為9.0%時,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;SO2具有還原性,也能還原H2SO5,其體積分數(shù)過大時,與H2SO5反應(yīng),使Mn(Ⅱ)氧化速率減小;
(4)“沉鈷鎳”中得到的Co(Ⅱ)在空氣中可被氧化成CoO(OH),該反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)“沉鎂”中為使Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制pH不低于　　　　　　(精確至0.1)。
4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O
11.1
解析　(4)“沉鈷鎳”中得到的Co(OH)2,在空氣中可被氧化成CoO(OH),該反應(yīng)的化學(xué)方程式為:4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O;(5)氫氧化鎂的Ksp=10-10.8, 當鎂離子完全沉淀時,c(Mg2+)=10-5 mol·L-1,根據(jù)Ksp可計算c(OH-)=10-2.9 mol·L-1,根據(jù)Kw=10-14,c(H+)=10-11.1 mol·L-1,所以溶液的pH=11.1。
5.(2024·黑龍江哈爾濱三模)銻屬于氮族元素,廣泛用于制造合金、瓷器、顏料、印刷油墨、防爆材料等。現(xiàn)用銻精礦(主要含有Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO等雜質(zhì))來制備銻和焦銻酸鈉[NaSb(OH)6]。其工藝流程如圖所示:
已知:常溫下,Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp[Cu(OH)2]=2.1×10-20。
回答下列問題:
(1)濾渣Ⅰ的主要成分有　　　　　。
(2)“堿浸”時,Sb2O3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　 　　　。
(3)濾渣Ⅱ的主要成分有　　　　　。
(4)產(chǎn)品NaSb(OH)6需洗滌、干燥,檢驗固體是否洗滌干凈的試劑為
　　　 　　(填化學(xué)式)。
(5)常溫條件下,向堿浸液中加入CuSO4溶液,生成CuS和Cu(OH)2沉淀時,溶液的pH為10,則溶液中剩余c(S2-)=　　　　　 mol·L-1。
Fe2O3、CuO
Sb2O3+6Na2S+3H2O===2Na3SbS3+6NaOH
S
HNO3溶液和AgNO3溶液
3×10-24
解析　銻精礦主要含Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO,根據(jù)流程圖,加入氫氧化鈉溶液、Na2S溶液充分堿浸,過濾得Fe2O3、CuO固體,同時得到Na3SbS3、Na2S、NaOH的混合液,則濾渣Ⅰ的主要成分為Fe2O3、CuO。線路一直接電解混合液得到銻單質(zhì);線路二加入氧化劑將Sb元素氧化得到粗Na3SbO4沉淀,加入的氧化劑同時將S2-氧化為硫單質(zhì),所以粗Na3SbO4沉淀中混有S單質(zhì),加鹽酸酸浸,濾渣Ⅱ主要成分為S,濾液加NaOH溶液中和酸,最終得到NaSb(OH)6。(2)“堿浸”時,Sb2O3轉(zhuǎn)化為Na3SbS3,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Sb2O3+6Na2S+3H2O===2Na3SbS3+6NaOH;
(4)產(chǎn)品NaSb(OH)6需洗滌、干燥,檢驗固體是否洗滌干凈,即檢驗是否含有Cl-,所加入的試劑為HNO3溶液和AgNO3溶液;(5)根據(jù)Ksp(CuS)=6.3×10-36、Ksp[Cu(OH)2]=2.1×10-20,常溫條件下,向堿浸液中加入CuSO4溶液,生成CuS和Cu(OH)2沉淀時,溶液的pH為10,c(Cu2+)== mol·L-1=2.1×10-12 mol·L-1,則溶液中剩余c(S2-)== mol·L-1=3×10-24 mol·L-1。

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