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2025屆高中化學二輪復習 板塊Ⅴ 水溶液中的離子平衡 題型突破2 化工生產中物質轉化條件的優化與物質分離、提純(課件 練習)(共...

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2025屆高中化學二輪復習 板塊Ⅴ 水溶液中的離子平衡 題型突破2 化工生產中物質轉化條件的優化與物質分離、提純(課件 練習)(共...

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題型突破2 化工生產中物質轉化條件的優化與物質分離、提純
1.(2023·全國乙卷)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:
為提高溶礦速率,可采取的措施      (舉1例)。
2.(2023·天津卷)SO3的吸收率與所用硫酸的濃度、溫度的關系如圖所示。
據圖分析,最適合的吸收條件;硫酸的濃度    ,溫度    。
3.(2022·遼寧卷)某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3,含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl和MnSO4,工藝流程如下:
已知:①焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3,FeS2轉變為Fe2O3;
②金屬活動性:Fe>(H)>Bi>Cu;
③相關金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下:
開始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2+ 6.5 8.3
Fe3+ 1.6 2.8
Mn2+ 8.1 10.1
回答下列問題:
(1)為提高焙燒效率,可采取的措施為                        。
a.進一步粉碎礦石
b.鼓入適當過量的空氣
c.降低焙燒溫度
(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3,反應的化學方程式為              
               。
(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為:①充分浸出Bi3+和Mn2+;
②                              。
(4)濾渣的主要成分為    (填化學式)。
(5)生成氣體A的離子方程式為              
               。
(6)加入金屬Bi的目的是                              。
(7)將100 kg輝鉍礦進行聯合焙燒,轉化時消耗1.1 kg金屬Bi,假設其余各步損失不計,干燥后稱量BiOCl產品質量為32 kg,滴定測得產品中Bi的質量分數為78.5%。輝鉍礦中Bi元素的質量分數為    。
1.反應條件的優化
條件控制 目的
固體原料研磨、粉碎、噴灑等 增大反應物接觸面積,增大浸取時的反應速率,提高浸取率
灼燒(煅燒、焙燒) 除去有機物;使無機物分解為金屬氧化物等,便于后續浸取、溶解
浸取 水浸:分離水溶性和非水溶性的物質
酸浸:溶解金屬、金屬氧化物、調節pH促進某些離子的水解并轉化為沉淀
堿浸:除去油污、溶解酸性氧化物、溶解鋁及其化合物、調節pH等
加熱 ①加快反應或溶解速率;②促進平衡向吸熱反應方向移動;③除雜,除去熱不穩定的雜質,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物質;④使沸點相對較低或易升華的原料氣化;⑤煮沸時促進溶液中的氣體(如氧氣)揮發逸出等
條件控制 目的
反應物用 量或濃度 ①酸浸時提高酸的濃度可提高礦石中某金屬元素的浸取率;②增大便宜、易得的反應物的濃度,可以提高其他物質的利用率,使反應充分進行;③增大物質濃度可以加快反應速率,使平衡發生移動等
控溫(常用水浴、冰浴、沙浴或油浴) ①控制反應速率(升溫加快反應速率)、適宜的溫度使催化劑的活性最大,防止副反應的發生;②控制化學反應進行的方向,使化學平衡移動;③升溫:使溶液中的氣體逸出,使易揮發物質揮發,使易分解的物質分解;煮沸:使氣體逸出;促進水解,聚沉后利于過濾分離;④控制固體的溶解與結晶
pH調控 ①使某種或幾種金屬離子轉化為氫氧化物沉淀,而目標離子不生成沉淀,以達到分離的目的(常利用題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH信息,選擇pH范圍,使雜質離子以氫氧化物沉淀出來);②“酸作用”還可以除去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解等;③“堿作用”還可以除去油污、除去鋁片表面的氧化鋁、溶解鋁等;④金屬離子的萃取率與溶液的pH密切相關;⑤調節溶液pH常用試劑:a.調節溶液呈酸性:稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金屬氧化物、酸性氣體(二氧化硫)等。b.調節溶液呈堿性:氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫銨等
2.可循環利用物質的判斷
(1)流程圖中回頭箭頭的物質。
(2)生產流程中后面新生成或新分離的物質(不要忽視結晶后的母液),可能是前面某一步反應的相關物質。
①從流程需要加入的物質去找
先觀察流程中需要加入的物質,再研究后面的流程中有沒有生成此物質。
②從能構成可逆反應的物質去找
可逆反應的反應物不能完全轉化,應該回收再利用。
③從過濾后的母液中尋找
析出晶體經過過濾后的溶液稱為母液,母液是該晶體溶質的飽和溶液,應該循環再利用。
3.??挤蛛x、提純的操作
(1)從濾液中提取一般晶體(溶解度隨溫度升高而增大)的方法:蒸發濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌→干燥→稱量。
(2)從濾液中提取溶解度受溫度影響較小或隨溫度升高而減小的晶體的方法:蒸發濃縮→趁熱過濾(如果溫度下降,雜質也會以晶體的形式析出來)→洗滌→干燥→稱量。
(3)減壓蒸發的原因:減壓蒸發降低了蒸發溫度,可以防止某物質分解(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3)或失去結晶水(如題目要求制備結晶水合物產品)。
(4)洗滌
洗滌試劑 適用范圍 目的
蒸餾 水 冷水 產物不溶于水 除去固體表面吸附著的××雜質,可適當降低固體因為溶解而造成的損失
熱水 有特殊的物質其溶解度隨著溫度升高而下降 除去固體表面吸附著的××雜質,可適當降低固體因為溫度變化溶解而造成的損失
有機溶劑 (酒精、 丙酮等) 固體易溶于水、難溶于有機溶劑 減少固體溶解;利用有機溶劑的揮發性除去固體表面的水分,產品易干燥
飽和溶液 對純度要求不高的產品 減少固體溶解
酸、堿溶液 產物不溶于酸、堿 除去固體表面吸附著的可溶于酸、堿的雜質;減少固體溶解
沉淀洗滌的方法:向過濾器中加入蒸餾水至浸沒沉淀,待水自然流下后,重復以上操作2~3次
檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法:取少量最后一次的洗滌液于試管中,向其中滴入某試劑,若未出現特征反應現象,則沉淀洗滌干凈
(5)萃取與反萃取
①萃取:利用物質在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度不同,將物質從一種溶劑轉移到另一種溶劑的過程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。
②反萃取:用反萃取劑使被萃取物從負載有機相返回水相的過程,為萃取的逆過程。
(6)其他
①蒸發時的氣體氛圍抑制水解:如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時,應在HCl的氣流中加熱,以防其水解。
②減壓蒸餾的原因:減小壓強,使液體沸點降低,防止受熱分解、氧化等。
4.根據溶解度曲線判斷結晶的方法
(1)溶解度受溫度影響較小的(如NaCl)采取蒸發結晶的方法。
(2)溶解度受溫度影響較大的采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法。
(3)帶有結晶水的鹽,一般采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法。
1.BiOCl為白色結晶性粉末,溶于酸,不溶于水,可用作醫藥、化妝品方面的增白收斂劑。某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3,含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl,工藝流程如圖所示。
已知:①聯合焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3;②2BiOCl+2OH-===2Cl-+H2O+Bi2O3。
為提高聯合焙燒效率,可采取的措施是    (任寫一種),實驗室中焙燒用到的主要儀器有三腳架、泥三角、酒精燈、    。
2.重鉻酸鉀是一種重要的化工原料,一般由鉻鐵礦制備,鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3,還含有硅、鋁等雜質。制備流程如圖所示:
有關物質的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl,蒸發濃縮,冷卻結晶,過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到    (填字母)得到的K2Cr2O7固體產品最多。
a.80 ℃ b.60 ℃ c.40 ℃ d.10 ℃
步驟⑤的反應類型是    。
3.磁選后的煉鐵高鈦爐渣,主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節約和充分利用資源,通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。
該工藝條件下,有關金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表:
金屬離子 Fe3+ Al3+ Mg2+ Ca2+
開始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c=1.0× 10-5 mol·L-1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
回答下列問題:
(1)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0,在“分步沉淀”時用氨水逐步調節pH至11.6,依次析出的金屬離子是        。
(2)“母液①”中Mg2+濃度為    mol·L-1。
(3)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”,最適合的酸是     ?!八崛茉钡某煞质恰               ?     。
(4)“酸溶”后,將溶液適當稀釋并加熱,TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀,該反應的離子方程式是                              。
(5)將“母液①”和“母液②”混合,吸收尾氣,經處理得    ,循環利用。
4.研究從太陽能電池的碲化鎘吸收層(主要含CdTe、CdS)中回收碲具有重要的意義。某回收工藝的流程如下:
回答下列問題:
(1)反應釜中,溶液的pH、溫度(T)與生成沉淀的關系如圖,圖中區域分別表示鐵的化合物穩定存在的區域。則制備FeOOH適宜的pH和溫度分別為    (填字母)。
a.2,80 ℃ b.4,90 ℃
c.5,160 ℃ d.6,25 ℃
(2)制備磁性納米鐵棒時,加入NaBH4前先通入N2的作用是              
               。
(3)常溫下,若在含Cd2+、Te4+濾液中加入NaOH溶液調節pH為7,溶液中c(Cd2+)的最大值為    (已知:Ksp[Cd(OH)2]=5.3×10-15)。
(4)從Te溶液得到“吸附Te”,利用了納米鐵棒的性質有    、    。
5.(1)碘化亞銅(CuI)是陽極射線管覆蓋物,不溶于水和乙醇。下圖是工業上由冰銅制取無水碘化亞銅的流程。
①步驟a中Cu2S被轉化為Cu,同時有大氣污染物A生成,相關反應的化學方程式為                              。
熔渣B主要成分為黑色磁性物質,其化學式為        。
②步驟b中H2O2的作用是                              ;
步驟c中加入過量NaI涉及的主要反應的離子方程式為              
               。
③步驟d用乙醇洗滌的優點是               ;
檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是                              。
(2)如圖是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲線,則由Na2SO4溶液得到Na2SO4固體的操作是    →    →用乙醇洗滌→干燥。用乙醇洗滌而不用水洗的原因是                               。
題型突破2 化工生產中物質轉化條件的優化與物質分離、提純
1.(2023·全國乙卷)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:
為提高溶礦速率,可采取的措施      (舉1例)。
答案 粉碎菱錳礦
2.(2023·天津卷)SO3的吸收率與所用硫酸的濃度、溫度的關系如圖所示。
據圖分析,最適合的吸收條件;硫酸的濃度    ,溫度    。
答案 98.3% 60 ℃
解析 由圖可知,最適合吸收三氧化硫的濃硫酸質量分數為98.3%,最適合吸收的溫度為60 ℃,此時吸收率最高。
3.(2022·遼寧卷)某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3,含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl和MnSO4,工藝流程如下:
已知:①焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3,FeS2轉變為Fe2O3;
②金屬活動性:Fe>(H)>Bi>Cu;
③相關金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下:
開始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2+ 6.5 8.3
Fe3+ 1.6 2.8
Mn2+ 8.1 10.1
回答下列問題:
(1)為提高焙燒效率,可采取的措施為              
               。
a.進一步粉碎礦石
b.鼓入適當過量的空氣
c.降低焙燒溫度
(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3,反應的化學方程式為              
               。
(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為:①充分浸出Bi3+和Mn2+;
②                              。
(4)濾渣的主要成分為    (填化學式)。
(5)生成氣體A的離子方程式為              
               。
(6)加入金屬Bi的目的是                              。
(7)將100 kg輝鉍礦進行聯合焙燒,轉化時消耗1.1 kg金屬Bi,假設其余各步損失不計,干燥后稱量BiOCl產品質量為32 kg,滴定測得產品中Bi的質量分數為78.5%。輝鉍礦中Bi元素的質量分數為    。
答案 (1)ab
(2)2Bi2S3+9O22Bi2O3+6SO2
(3)抑制金屬離子水解
(4)SiO2
(5)Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O
(6)將Fe3+轉化為Fe2+
(7)24.02%
解析 聯合焙燒:由已知信息①和第(2)問題干可知,發生轉化:Bi2S3—→Bi2O3+SO2、FeS2—→Fe2O3+SO2、MnO2—→Mn2O3+MnSO4,故聯合焙燒后得到Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3、MnSO4和SiO2;水浸:MnSO4進入濾液,濾渣為Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3和SiO2;酸浸:加入過量濃鹽酸后,Bi2O3和Fe2O3發生轉化:Bi2O3—→Bi3+、Fe2O3—→Fe3+,因Mn2O3有氧化性,會與濃鹽酸發生氧化還原反應:Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O,氣體A為Cl2,濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2,濾液中金屬離子為Bi3+、Fe3+、Mn2+;第(4)(5)問轉化:由已知信息②知,Fe的金屬活動性強于Bi,且調pH=2.6時Mn2+和Fe2+進入濾液,可知加入金屬Bi的目的是將Fe3+還原為Fe2+。(1)a.聯合焙燒時,進一步粉碎礦石,可以增大礦石與空氣的接觸面積,能夠提高焙燒效率,選項a符合題意;b.鼓入適當過量的空氣有利于礦石充分反應,選項b符合題意;c.降低焙燒溫度,反應速率減慢,不利于提高焙燒效率,選項c不符合題意。(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3,根據原子守恒可知還應生成SO2,結合得失電子守恒,反應的化學方程式為2Bi2S3+9O22Bi2O3+6SO2;(3)加入濃鹽酸后,溶液中含有的離子主要為Bi3+、Fe3+、Mn2+、H+、Cl-,而酸浸后取濾液進行轉化,故要防止金屬離子水解生成沉淀,進入濾渣,造成制得的BiOCl產率偏低;(4)濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2,答案為SiO2;(5)因Mn2O3有氧化性,會與濃鹽酸發生氧化還原反應:Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O;(6)由已知信息③知,調pH=2.6時,Fe3+會水解生成Fe(OH)3沉淀,但Fe2+還沒開始沉淀,故要將Fe3+轉化為Fe2+,在調pH后獲得含FeCl2的濾液,為了不引入新的雜質,加入Bi作還原劑。(7)輝鉍礦中Bi元素的質量分數為×100%=24.02%。
1.反應條件的優化
條件控制 目的
固體原料研磨、粉碎、噴灑等 增大反應物接觸面積,增大浸取時的反應速率,提高浸取率
灼燒(煅燒、焙燒) 除去有機物;使無機物分解為金屬氧化物等,便于后續浸取、溶解
浸取 水浸:分離水溶性和非水溶性的物質
酸浸:溶解金屬、金屬氧化物、調節pH促進某些離子的水解并轉化為沉淀
堿浸:除去油污、溶解酸性氧化物、溶解鋁及其化合物、調節pH等
加熱 ①加快反應或溶解速率;②促進平衡向吸熱反應方向移動;③除雜,除去熱不穩定的雜質,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物質;④使沸點相對較低或易升華的原料氣化;⑤煮沸時促進溶液中的氣體(如氧氣)揮發逸出等
條件控制 目的
反應物用 量或濃度 ①酸浸時提高酸的濃度可提高礦石中某金屬元素的浸取率;②增大便宜、易得的反應物的濃度,可以提高其他物質的利用率,使反應充分進行;③增大物質濃度可以加快反應速率,使平衡發生移動等
控溫(常用水浴、冰浴、沙浴或油浴) ①控制反應速率(升溫加快反應速率)、適宜的溫度使催化劑的活性最大,防止副反應的發生;②控制化學反應進行的方向,使化學平衡移動;③升溫:使溶液中的氣體逸出,使易揮發物質揮發,使易分解的物質分解;煮沸:使氣體逸出;促進水解,聚沉后利于過濾分離;④控制固體的溶解與結晶
pH調控 ①使某種或幾種金屬離子轉化為氫氧化物沉淀,而目標離子不生成沉淀,以達到分離的目的(常利用題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH信息,選擇pH范圍,使雜質離子以氫氧化物沉淀出來);②“酸作用”還可以除去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解等;③“堿作用”還可以除去油污、除去鋁片表面的氧化鋁、溶解鋁等;④金屬離子的萃取率與溶液的pH密切相關;⑤調節溶液pH常用試劑:a.調節溶液呈酸性:稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金屬氧化物、酸性氣體(二氧化硫)等。b.調節溶液呈堿性:氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫銨等
2.可循環利用物質的判斷
(1)流程圖中回頭箭頭的物質。
(2)生產流程中后面新生成或新分離的物質(不要忽視結晶后的母液),可能是前面某一步反應的相關物質。
①從流程需要加入的物質去找
先觀察流程中需要加入的物質,再研究后面的流程中有沒有生成此物質。
②從能構成可逆反應的物質去找
可逆反應的反應物不能完全轉化,應該回收再利用。
③從過濾后的母液中尋找
析出晶體經過過濾后的溶液稱為母液,母液是該晶體溶質的飽和溶液,應該循環再利用。
3.??挤蛛x、提純的操作
(1)從濾液中提取一般晶體(溶解度隨溫度升高而增大)的方法:蒸發濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌→干燥→稱量。
(2)從濾液中提取溶解度受溫度影響較小或隨溫度升高而減小的晶體的方法:蒸發濃縮→趁熱過濾(如果溫度下降,雜質也會以晶體的形式析出來)→洗滌→干燥→稱量。
(3)減壓蒸發的原因:減壓蒸發降低了蒸發溫度,可以防止某物質分解(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3)或失去結晶水(如題目要求制備結晶水合物產品)。
(4)洗滌
洗滌試劑 適用范圍 目的
蒸餾 水 冷水 產物不溶于水 除去固體表面吸附著的××雜質,可適當降低固體因為溶解而造成的損失
熱水 有特殊的物質其溶解度隨著溫度升高而下降 除去固體表面吸附著的××雜質,可適當降低固體因為溫度變化溶解而造成的損失
有機溶劑 (酒精、 丙酮等) 固體易溶于水、難溶于有機溶劑 減少固體溶解;利用有機溶劑的揮發性除去固體表面的水分,產品易干燥
飽和溶液 對純度要求不高的產品 減少固體溶解
酸、堿溶液 產物不溶于酸、堿 除去固體表面吸附著的可溶于酸、堿的雜質;減少固體溶解
沉淀洗滌的方法:向過濾器中加入蒸餾水至浸沒沉淀,待水自然流下后,重復以上操作2~3次
檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法:取少量最后一次的洗滌液于試管中,向其中滴入某試劑,若未出現特征反應現象,則沉淀洗滌干凈
(5)萃取與反萃取
①萃取:利用物質在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度不同,將物質從一種溶劑轉移到另一種溶劑的過程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。
②反萃取:用反萃取劑使被萃取物從負載有機相返回水相的過程,為萃取的逆過程。
(6)其他
①蒸發時的氣體氛圍抑制水解:如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時,應在HCl的氣流中加熱,以防其水解。
②減壓蒸餾的原因:減小壓強,使液體沸點降低,防止受熱分解、氧化等。
4.根據溶解度曲線判斷結晶的方法
(1)溶解度受溫度影響較小的(如NaCl)采取蒸發結晶的方法。
(2)溶解度受溫度影響較大的采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法。
(3)帶有結晶水的鹽,一般采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法。
1.BiOCl為白色結晶性粉末,溶于酸,不溶于水,可用作醫藥、化妝品方面的增白收斂劑。某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3,含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl,工藝流程如圖所示。
已知:①聯合焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3;②2BiOCl+2OH-===2Cl-+H2O+Bi2O3。
為提高聯合焙燒效率,可采取的措施是    (任寫一種),實驗室中焙燒用到的主要儀器有三腳架、泥三角、酒精燈、    。
答案 將礦渣進一步粉碎、鼓入適當過量的空氣或焙燒過程中不斷攪拌 坩堝、坩堝鉗
2.重鉻酸鉀是一種重要的化工原料,一般由鉻鐵礦制備,鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3,還含有硅、鋁等雜質。制備流程如圖所示:
有關物質的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl,蒸發濃縮,冷卻結晶,過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到    (填字母)得到的K2Cr2O7固體產品最多。
a.80 ℃ b.60 ℃ c.40 ℃ d.10 ℃
步驟⑤的反應類型是    。
答案 d 復分解反應
3.磁選后的煉鐵高鈦爐渣,主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節約和充分利用資源,通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。
該工藝條件下,有關金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表:
金屬離子 Fe3+ Al3+ Mg2+ Ca2+
開始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c=1.0× 10-5 mol·L-1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
回答下列問題:
(1)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0,在“分步沉淀”時用氨水逐步調節pH至11.6,依次析出的金屬離子是        。
(2)“母液①”中Mg2+濃度為    mol·L-1。
(3)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”,最適合的酸是     ?!八崛茉钡某煞质恰              ?、      。
(4)“酸溶”后,將溶液適當稀釋并加熱,TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀,該反應的離子方程式是                              。
(5)將“母液①”和“母液②”混合,吸收尾氣,經處理得    ,循環利用。
答案 (1)Fe3+、Al3+、Mg2+
(2)1.0×10-6
(3)硫酸 SiO2 CaSO4
(4)TiO2++(x+1)H2OTiO2·xH2O↓+2H+
(5)(NH4)2SO4
解析 (1)由題表中Fe3+、Al3+、Mg2+完全沉淀時的pH分別為3.2、4.7、11.1可知,用氨水逐步調節pH至11.6的過程中,依次析出的金屬離子是Fe3+、Al3+、Mg2+。(2)依據Mg2+完全沉淀時的pH=11.1,可知此時c(OH-)=10-2.9 mol·L-1,此時c(Mg2+)=10-5 mol·L-1,則Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·c2(OH-)=10-10.8,用氨水逐步調節pH至11.6時,c(OH-)=10-2.4 mol·L-1,則c(Mg2+)==10-6 mol·L-1。(3)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”,為了盡可能減少酸溶液的揮發而造成不必要的損失且保證TiO2可以完全溶解,故最好選擇硫酸;SiO2不溶于硫酸,“焙燒”生成CaSO4固體,故“酸溶”后所得“酸溶渣”的成分為SiO2、CaSO4。(4)由題意知,TiO2+水解生成TiO2·xH2O沉淀,該反應的離子方程式為TiO2++(x+1)H2OTiO2·xH2O↓+2H+。(5)母液①的主要成分為硫酸銨和氨水,母液②的主要成分為硫酸,混合后吸收尾氣NH3,經處理可得到(NH4)2SO4,循環利用。
4.研究從太陽能電池的碲化鎘吸收層(主要含CdTe、CdS)中回收碲具有重要的意義。某回收工藝的流程如下:
回答下列問題:
(1)反應釜中,溶液的pH、溫度(T)與生成沉淀的關系如圖,圖中區域分別表示鐵的化合物穩定存在的區域。則制備FeOOH適宜的pH和溫度分別為    (填字母)。
a.2,80 ℃ b.4,90 ℃
c.5,160 ℃ d.6,25 ℃
(2)制備磁性納米鐵棒時,加入NaBH4前先通入N2的作用是              
               。
(3)常溫下,若在含Cd2+、Te4+濾液中加入NaOH溶液調節pH為7,溶液中c(Cd2+)的最大值為    (已知:Ksp[Cd(OH)2]=5.3×10-15)。
(4)從Te溶液得到“吸附Te”,利用了納米鐵棒的性質有    、    。
答案 (1)b (2)排出設備中的空氣,防止磁性納米鐵棒和NaBH4被氧化 (3)0.53 mol·L-1
(4)吸附性 還原性
解析 (2)磁性納米鐵棒和NaBH4都容易被氧化,所以在加入NaBH4之前需通入N2排出反應容器中的空氣。(3)常溫下,溶液的pH=7,則c(OH-)=1.0×10-7 mol·L-1,根據Ksp[Cd(OH)2]=5.3×10-15,可計算Cd2+的濃度:c(Cd2+)== mol·L-1=0.53 mol·L-1。(4)含Te的溶液和磁性納米鐵棒作用,Te的化合價降低,被納米鐵棒還原,磁性納米鐵棒還能吸附Te,故在得到Te的過程中,磁性納米鐵棒呈現了還原性和吸附性。
5.(1)碘化亞銅(CuI)是陽極射線管覆蓋物,不溶于水和乙醇。下圖是工業上由冰銅制取無水碘化亞銅的流程。
①步驟a中Cu2S被轉化為Cu,同時有大氣污染物A生成,相關反應的化學方程式為                              。
熔渣B主要成分為黑色磁性物質,其化學式為        。
②步驟b中H2O2的作用是                              ;
步驟c中加入過量NaI涉及的主要反應的離子方程式為              
               。
③步驟d用乙醇洗滌的優點是               ;
檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是                              。
(2)如圖是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲線,則由Na2SO4溶液得到Na2SO4固體的操作是    →    →用乙醇洗滌→干燥。用乙醇洗滌而不用水洗的原因是                               。
答案 (1)①Cu2S+O22Cu+SO2 Fe3O4 ②作氧化劑,將Cu2O和Cu氧化為Cu2+ 2Cu2++4I-===2CuI↓+I2?、巯慈堄嗨智铱煽焖倭栏伞≌喝∽詈笠淮蜗礈煲哼M行焰色試驗,如果火焰無黃色則已洗凈(或其他合理答案) (2)蒸發結晶 趁熱過濾 防止Na2SO4固體轉化為Na2SO4·10H2O,并防止Na2SO4因溶于水而損耗
解析 (1)①步驟a中Cu2S與空氣中的氧氣在1 200 ℃條件下反應生成Cu和二氧化硫,反應的化學方程式為Cu2S+O22Cu+SO2;由熔渣B的主要成分為黑色磁性物質可知,FeS與空氣中的氧氣在1 200 ℃條件下反應生成四氧化三鐵和二氧化硫。②步驟b的反應為在硫酸作用下,H2O2作氧化劑,將氧化亞銅、銅氧化生成硫酸銅;步驟c的反應為硫酸銅溶液與過量的NaI溶液反應得到CuI沉淀。③步驟d用乙醇洗滌可以洗去固體表面的水,同時由于乙醇易揮發可達到快速晾干的目的;洗滌液中含有鈉離子、硫酸根離子,可以用焰色試驗或酸化的氯化鋇溶液檢驗沉淀是否洗滌干凈。(2)由圖像溶解度曲線變化可知,Na2SO4的溶解度在溫度較高時,隨溫度升高而降低,而Na2SO4·10H2O的溶解度隨溫度升高而增大,欲得到Na2SO4固體,應采取加熱蒸發溶劑使Na2SO4結晶析出,并趁熱過濾;因Na2SO4難溶于乙醇,所以用乙醇洗滌既能防止Na2SO4和水作用生成Na2SO4·10H2O,又能防止Na2SO4因溶于水而損耗。(共33張PPT)
第一篇 新高考題型突破
板塊Ⅴ 水溶液中的離子平衡
題型突破主觀題 題型突破2 化工生產中物質轉化條件
真題導航
核心整合
模擬預測
的優化與物質分離、提純
1.(2023·全國乙卷)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:
為提高溶礦速率,可采取的措施      (舉1例)。
粉碎菱錳礦
2.(2023·天津卷)SO3的吸收率與所用硫酸的濃度、溫度的關系如圖所示。
據圖分析,最適合的吸收條件;硫酸的濃度    ,溫度    。
98.3%
60 ℃
解析 由圖可知,最適合吸收三氧化硫的濃硫酸質量分數為98.3%,最適合吸收的溫度為60 ℃,此時吸收率最高。
3.(2022·遼寧卷)某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3,含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl和MnSO4,工藝流程如下:
已知:①焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3,FeS2轉變為Fe2O3;
②金屬活動性:Fe>(H)>Bi>Cu;
③相關金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下:
開始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2+ 6.5 8.3
Fe3+ 1.6 2.8
Mn2+ 8.1 10.1
回答下列問題:
(1)為提高焙燒效率,可采取的措施為     。
a.進一步粉碎礦石 b.鼓入適當過量的空氣 c.降低焙燒溫度
(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3,反應的化學方程式為
                              。
(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為:①充分浸出Bi3+和Mn2+;
②                              。
(4)濾渣的主要成分為    (填化學式)。
ab
抑制金屬離子水解
SiO2
(5)生成氣體A的離子方程式為                     。
(6)加入金屬Bi的目的是                   。
(7)將100 kg輝鉍礦進行聯合焙燒,轉化時消耗1.1 kg金屬Bi,假設其余各步損失不計,干燥后稱量BiOCl產品質量為32 kg,滴定測得產品中Bi的質量分數為78.5%。輝鉍礦中Bi元素的質量分數為    。
Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O
將Fe3+轉化為Fe2+
24.02%
解析 聯合焙燒:由已知信息①和第(2)問題干可知,發生轉化:Bi2S3—→Bi2O3+SO2、FeS2—→Fe2O3+SO2、MnO2—→Mn2O3+MnSO4,故聯合焙燒后得到Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3、MnSO4和SiO2;水浸:MnSO4進入濾液,濾渣為Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3和SiO2;酸浸:加入過量濃鹽酸后,Bi2O3和Fe2O3發生轉化:Bi2O3—→Bi3+、Fe2O3—→Fe3+,因Mn2O3有氧化性,會與濃鹽酸發生氧化還原反應:Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O,氣體A為Cl2,濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2,濾液中金屬離子為Bi3+、Fe3+、Mn2+;第(4)(5)問轉化:由已知信息②知,Fe的金屬活動性強于Bi,且調pH=2.6時Mn2+和Fe2+進入濾液,可知加入金屬Bi的目的是將Fe3+還原為Fe2+。
1.反應條件的優化
條件控制 目的
固體原料研磨、粉碎、噴灑等 增大反應物接觸面積,增大浸取時的反應速率,提高浸取率
灼燒(煅燒、焙燒) 除去有機物;使無機物分解為金屬氧化物等,便于后續浸取、溶解
浸取 水浸:分離水溶性和非水溶性的物質
酸浸:溶解金屬、金屬氧化物、調節pH促進某些離子的水解并轉化為沉淀
堿浸:除去油污、溶解酸性氧化物、溶解鋁及其化合物、調節pH等
條件控制 目的
加熱 ①加快反應或溶解速率;②促進平衡向吸熱反應方向移動;③除雜,除去熱不穩定的雜質,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物質;④使沸點相對較低或易升華的原料氣化;⑤煮沸時促進溶液中的氣體(如氧氣)揮發逸出等
反應物用 量或濃度 ①酸浸時提高酸的濃度可提高礦石中某金屬元素的浸取率;②增大便宜、易得的反應物的濃度,可以提高其他物質的利用率,使反應充分進行;③增大物質濃度可以加快反應速率,使平衡發生移動等
條件控制 目的
控溫(常用水浴、冰浴、沙浴或油浴) ①控制反應速率(升溫加快反應速率)、適宜的溫度使催化劑的活性最大,防止副反應的發生;②控制化學反應進行的方向,使化學平衡移動;③升溫:使溶液中的氣體逸出,使易揮發物質揮發,使易分解的物質分解;煮沸:使氣體逸出;促進水解,聚沉后利于過濾分離;④控制固體的溶解與結晶
條件控制 目的
pH調控 ①使某種或幾種金屬離子轉化為氫氧化物沉淀,而目標離子不生成沉淀,以達到分離的目的(常利用題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH信息,選擇pH范圍,使雜質離子以氫氧化物沉淀出來);②“酸作用”還可以除去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解等;③“堿作用”還可以除去油污、除去鋁片表面的氧化鋁、溶解鋁等;④金屬離子的萃取率與溶液的pH密切相關;⑤調節溶液pH常用試劑:a.調節溶液呈酸性:稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金屬氧化物、酸性氣體(二氧化硫)等。b.調節溶液呈堿性:氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫銨等
2.可循環利用物質的判斷
(1)流程圖中回頭箭頭的物質。
(2)生產流程中后面新生成或新分離的物質(不要忽視結晶后的母液),可能是前面某一步反應的相關物質。
①從流程需要加入的物質去找
先觀察流程中需要加入的物質,再研究后面的流程中有沒有生成此物質。
②從能構成可逆反應的物質去找
可逆反應的反應物不能完全轉化,應該回收再利用。
③從過濾后的母液中尋找
析出晶體經過過濾后的溶液稱為母液,母液是該晶體溶質的飽和溶液,應該循環再利用。
3.??挤蛛x、提純的操作
(1)從濾液中提取一般晶體(溶解度隨溫度升高而增大)的方法:__________→ __________→______→______→______→______。
(2)從濾液中提取溶解度受溫度影響較小或隨溫度升高而減小的晶體的方法:__________→__________ (如果溫度下降,雜質也會以晶體的形式析出來)→洗滌→______→______。
(3)減壓蒸發的原因:減壓蒸發降低了蒸發溫度,可以防止某物質分解(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3)或失去結晶水(如題目要求制備結晶水合物產品)。
蒸發濃縮
冷卻結晶
過濾
洗滌
干燥
稱量
蒸發濃縮
趁熱過濾
干燥
稱量
(4)洗滌
洗滌試劑 適用范圍 目的
蒸餾 水 冷水 產物不溶于水 除去固體表面吸附著的××雜質,可適當降低固體因為溶解而造成的損失
熱水 有特殊的物質其溶解度隨著溫度升高而下降 除去固體表面吸附著的××雜質,可適當降低固體因為溫度變化溶解而造成的損失
有機溶劑 (酒精、 丙酮等) 固體易溶于水、難溶于有機溶劑 減少固體溶解;利用有機溶劑的揮發性除去固體表面的水分,產品易干燥
洗滌試劑 適用范圍 目的
飽和溶液 對純度要求不高的產品 減少固體溶解
酸、堿溶液 產物不溶于酸、堿 除去固體表面吸附著的可溶于酸、堿的雜質;減少固體溶解
沉淀洗滌的方法:___________________________________________________ _____________________________________
檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法:___________________________________________ _____________________________________________
向過濾器中加入蒸餾水至浸沒沉淀,待水自然流下后,重復以上操作2~3次
取少量最后一次的洗滌液于試管中,向其中滴入某試劑,若未出現特征反應現象,則沉淀洗滌干凈
(5)萃取與反萃取
①萃取:利用物質在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度不同,將物質從一種溶劑轉移到另一種溶劑的過程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。
②反萃取:用反萃取劑使被萃取物從負載有機相返回水相的過程,為萃取的逆過程。
(6)其他
①蒸發時的氣體氛圍抑制水解:如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時,應在HCl的氣流中加熱,以防其水解。
②減壓蒸餾的原因:減小壓強,使液體沸點降低,防止受熱分解、氧化等。
4.根據溶解度曲線判斷結晶的方法
(1)溶解度受溫度影響較小的(如NaCl)采取__________的方法。
(2)溶解度受溫度影響較大的采取____________________的方法。
(3)帶有結晶水的鹽,一般采取____________________的方法。
蒸發結晶
蒸發濃縮、冷卻結晶
蒸發濃縮、冷卻結晶
1.BiOCl為白色結晶性粉末,溶于酸,不溶于水,可用作醫藥、化妝品方面的增白收斂劑。某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3,含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl,工藝流程如圖所示。
已知:①聯合焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3;②2BiOCl+2OH-===2Cl-+H2O+Bi2O3。
為提高聯合焙燒效率,可采取的措施是
___________________________________________________________________(任寫一種),實驗室中焙燒用到的主要儀器有三腳架、泥三角、酒精燈、      。
將礦渣進一步粉碎、鼓入適當過量的空氣或焙燒過程
中不斷攪拌
坩堝、坩堝鉗
2.重鉻酸鉀是一種重要的化工原料,一般由鉻鐵礦制備,鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3,還含有硅、鋁等雜質。制備流程如圖所示:
有關物質的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適
量KCl,蒸發濃縮,冷卻結晶,過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到    (填字母)得到的K2Cr2O7固體產品最多。
a.80 ℃ b.60 ℃ c.40 ℃ d.10 ℃
步驟⑤的反應類型是     。
d
復分解反應
3.磁選后的煉鐵高鈦爐渣,主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節約和充分利用資源,通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。
該工藝條件下,有關金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表:
金屬離子 Fe3+ Al3+ Mg2+ Ca2+
開始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c=1.0×10-5 mol·L-1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
回答下列問題:
(1)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0,在“分步沉淀”時用氨水逐步調節pH至11.6,依次析出的金屬離子是        。
(2)“母液①”中Mg2+濃度為    mol·L-1。
(3)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”,最適合的酸是     ?!八崛茉钡某煞质恰               ?     。
(4)“酸溶”后,將溶液適當稀釋并加熱,TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀,該反應的離子方程式是                              。
(5)將“母液①”和“母液②”混合,吸收尾氣,經處理得     ,循環利用。
Fe3+、Al3+、Mg2+
1.0×10-6
硫酸
SiO2
CaSO4
(NH4)2SO4
4.研究從太陽能電池的碲化鎘吸收層(主要含CdTe、CdS)中回收碲具有重要的意義。某回收工藝的流程如下:
回答下列問題:
(1)反應釜中,溶液的pH、溫度(T)與生成
沉淀的關系如圖,圖中區域分別表示鐵的化合物穩定存在的區域。則制備FeOOH適宜的pH和溫度分別為    (填字母)。
a.2,80 ℃ b.4,90 ℃ c.5,160 ℃ d.6,25 ℃
b
(2)制備磁性納米鐵棒時,加入NaBH4前先通入N2的作用是
                              。
(3)常溫下,若在含Cd2+、Te4+濾液中加入NaOH溶液調節pH為7,溶液中c(Cd2+)的最大值為     (已知:Ksp[Cd(OH)2]=5.3×10-15)。
(4)從Te溶液得到“吸附Te”,利用了納米鐵棒的性質有    、    。
排出設備中的空氣,防止磁性納米鐵棒和NaBH4被氧化
0.53 mol·L-1
吸附性
還原性
解析 (2)磁性納米鐵棒和NaBH4都容易被氧化,所以在加入NaBH4之前需通入N2排出反應容器中的空氣。(3)常溫下,溶液的pH=7,則c(OH-)=1.0×10-7 mol·L-1,根據Ksp[Cd(OH)2]=5.3×10-15,可計算Cd2+的濃度:c(Cd2+)== mol·L-1=0.53 mol·L-1。(4)含Te的溶液和磁性納米鐵棒作用,Te的化合價降低,被納米鐵棒還原,磁性納米鐵棒還能吸附Te,故在得到Te的過程中,磁性納米鐵棒呈現了還原性和吸附性。
5.(1)碘化亞銅(CuI)是陽極射線管覆蓋物,不溶于水和乙醇。下圖是工業上由冰銅制取無水碘化亞銅的流程。
①步驟a中Cu2S被轉化為Cu,同時有大氣污染物A生成,相關反應的化學方程式為                              。
熔渣B主要成分為黑色磁性物質,其化學式為        。
Fe3O4
②步驟b中H2O2的作用是                        ;
步驟c中加入過量NaI涉及的主要反應的離子方程式為
                              。
③步驟d用乙醇洗滌的優點是                     ;
檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是                    
                  。
作氧化劑,將Cu2O和Cu氧化為Cu2+
2Cu2++4I-===2CuI↓+I2
洗去殘余水分且可快速晾干
蘸取最后一次洗滌液進行焰色試驗,如果
火焰無黃色則已洗凈(或其他合理答案)
(2)如圖是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲線,則由Na2SO4溶液得到Na2SO4固體的操作是    →    →用乙醇洗滌→干燥。用乙醇洗滌而不用水洗的原因是                               。
蒸發結晶
趁熱過濾
防止Na2SO4固體轉化為Na2SO4·10H2O,并防止Na2SO4因溶于水而損耗
解析 (2)由圖像溶解度曲線變化可知,Na2SO4的溶解度在溫度較高時,隨溫度升高而降低,而Na2SO4·10H2O的溶解度隨溫度升高而增大,欲得到Na2SO4固體,應采取加熱蒸發溶劑使Na2SO4結晶析出,并趁熱過濾;因Na2SO4難溶于乙醇,所以用乙醇洗滌既能防止Na2SO4和水作用生成Na2SO4·10H2O,又能防止Na2SO4因溶于水而損耗。

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