資源簡介

(共20張PPT)
第一篇
微專題熱練
微專題7　化學工藝流程
微專題熱練24　化學工藝流程(二)
1. (2024·通州)碳酸鎳在新能源以及智能制造上發揮了重要作用。
(1)碳酸鎳的制備
以含鎳廢料為原料(主要成分NiCO3，含少量Al2O3、MgO、CaO)可制備高純NiCO3。已知：Ksp(CaF2)＝5.3×10－9，Ksp(MgF2)＝4.0×10－11，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5，Ka(HF)＝1.0×10－4。
①“除雜”時加入NH4F溶液的目的為____________________。
②“除雜”后所得溶液的pH＝6，c(Mg2＋)＝10－5 mol/L，則c(HF)＝____________ mol/L。
③“沉鎳”時可用碳酸氫鈉代替碳酸鈉，寫出該反應的離子方程式：_________________________________________。
沉淀Mg2＋和Ca2＋
2×10－5
(2)碳酸鎳的應用
碳酸鎳在空氣中與碳酸鋰共同“煅燒”可制得電極材料LiNiO2。廢舊電極材料可通過某些無機和有機試劑回收處理，處理后的鎳轉化為如圖所示物質。
①寫出“煅燒”反應的化學方程式：____________________________________ _____________。

②回收鎳所使用的有機試劑的結構簡式為____________________。
6CO2
(3)碳酸鎳的回收
在氧氣氣氛中加熱NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O(M＝341 g/mol)可獲得含鎳物質，固體質量隨溫度變化的曲線如圖所示。
①500～700 K之間分解產生的氣體為__________。
②800 K后剩余固體質量略有增加的原因是_______________________________ _______。
CO2
NiO被氧化成更高價態的鎳氧化
物
2. (2024·無錫)工業上可電解MnSO4溶液制備電池用高純MnO2。
(1)MnSO4溶液的制備
利用菱錳礦粉(主要成分為MnCO3，還含有少量FeCO3、Al2O3、CoO、SiO2等雜質)制備MnSO4溶液的流程如下：
已知：25 ℃時，Ksp[Mn(OH)2]＝2.0×10－13，Ksp(CoS)＝4.0×10－21，Ksp(MnS)＝2.5×10－13。在本實驗條件下Co2＋不能被MnO2氧化。
①“酸浸”過程中加入過量硫酸的目的是________________________________ ______。
②“氧化”過程中發生反應的離子方程式為_______________________________ ______________。
提高錳元素的浸出率，抑制Mn2＋水
解
MnO2＋2Fe2＋＋4H＋ === 2Fe3＋＋
Mn2＋＋2H2O
(2)高純MnO2的制備
①以石墨為電極材料電解MnSO4溶液可制備MnO2，陽極的電極反應式為______________________________________。
②電解后，從電極棒表面剝離出粗MnO2，粉碎處理后經清洗得到高純MnO2。粗MnO2表面的可溶性雜質除少量MnSO4以外，還有___________(填化學式)。
③MnO2的一種長方體晶胞結構如圖所示，每個錳原子被6個氧原子包圍，形成的空間結構為__________形。
1.6×10－8
Mn2＋－2e－＋2H2O === MnO2＋4H＋
H2SO4
八面體
3. (2024·連云港)以工業廢銅渣(主要含CuO，還含有CuS、Fe2O3等)為原料制備CuCl，并測定其純度。其制備過程如圖所示。已知：室溫下，Ksp[Fe(OH)3]＝1× 10－39，Ksp[Cu(OH)2]＝2×10－20。
(1)焙燒。將廢銅渣放在空氣中加熱至300 ℃充分焙燒，反應中CuS轉化成
CuO，其反應的化學方程式為_____________________________________________。
(2)酸浸。將焙燒后的產物與一定濃度的硫酸溶液放入反應器中，以一定的速率攪拌進行反應。在該過程中，還可以提高銅元素浸出效率的措施是____________ ____________________________。
適當升高反
應的溫度(或其他合理答案)
(3)除鐵。酸浸后，測得溶液中c(Fe3＋)＝0.1 mol/L，c(Cu2＋)＝2 mol/L。向其中滴加NaOH溶液調節溶液pH除去Fe3＋，則需調節溶液pH范圍為______________。已知：Fe3＋完全沉淀后其濃度應小于1×10－6 mol/L。
(4)沉銅。除鐵后，過濾，向濾液中加入Na2SO3溶液、NaCl溶液，攪拌下充分反應，過濾，洗滌，干燥得到CuCl。
①得到CuCl沉淀的離子方程式為________________________________________ __________。
3≤pH<4
＋2H＋
(5)測定CuCl的純度。稱取0.250 0 g樣品，迅速加入裝有足量三氯化鐵溶液的錐形瓶中不斷搖動，待樣品溶解后加適量水和2滴鄰菲啰啉-硫酸亞鐵指示液，用0.100 0 mol/L Ce(SO4)2標準溶液滴定至終點，消耗Ce(SO4)2溶液24.00 mL。
已知：CuCl＋Fe3＋===Cu2＋＋Fe2＋＋Cl－，
Fe2＋＋Ce4＋===Fe3＋＋Ce3＋。
計算樣品中CuCl的純度(寫出計算過程)。
答案：95.52%(計算過程見解析)
4. (2024·南通如東)從富釩廢渣(V2O5、WO3、TiO2)中回收V2O5的工藝過程可表示為
(1)“焙燒”所得鈉鹽的陰離子呈如圖所示的無限鏈狀結構，寫出“焙燒”的化
學方程式：_____________________________________________。
圖1
1.7
HVO3
圖2
A點溫度低，影響催化劑的活性；B點壓強大，會增大設備成本，且相比C點平衡轉化率的提高幅度小
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1. (2024·通州)碳酸鎳在新能源以及智能制造上發揮了重要作用。
(1)碳酸鎳的制備
以含鎳廢料為原料(主要成分NiCO3，含少量Al2O3、MgO、CaO)可制備高純NiCO3。已知：Ksp(CaF2)＝5.3×10－9，Ksp(MgF2)＝4.0×10－11，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5，Ka(HF)＝1.0×10－4。
①“除雜”時加入NH4F溶液的目的為 沉淀Mg2＋和Ca2＋　。
②“除雜”后所得溶液的pH＝6，c(Mg2＋)＝10－5 mol/L，則c(HF)＝ 2×10－5　 mol/L。
③“沉鎳”時可用碳酸氫鈉代替碳酸鈉，寫出該反應的離子方程式： Ni2＋＋2HCO===NiCO3↓＋H2O＋CO2↑　。
(2)碳酸鎳的應用
碳酸鎳在空氣中與碳酸鋰共同“煅燒”可制得電極材料LiNiO2。廢舊電極材料可通過某些無機和有機試劑回收處理，處理后的鎳轉化為如圖所示物質。
①寫出“煅燒”反應的化學方程式： 4NiCO3＋2Li2CO3＋O24LiNiO2＋6CO2　。
②回收鎳所使用的有機試劑的結構簡式為 　。
(3)碳酸鎳的回收
在氧氣氣氛中加熱NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O(M＝341 g/mol)可獲得含鎳物質，固體質量隨溫度變化的曲線如圖所示。
①500～700 K之間分解產生的氣體為 CO2　。
②800 K后剩余固體質量略有增加的原因是 NiO被氧化成更高價態的鎳氧化物　。
【解析】 (1)①“除雜”時加入NH4F溶液的目的為沉淀Mg2＋和Ca2＋。②溶液中c(F－)＝ mol/L＝2.0×10－3 mol/L，c(H＋)＝1×10－6 mol/L，c(HF)＝＝ mol/L＝2.0×10－5 mol/L。(2)①煅燒過程中O2是氧化劑，反應中1 mol O2可得到4 mol電子，還原劑NiCO3被氧化為LiNiO2,1 mol NiCO3失去1 mol電子，“煅燒”時發生反應的化學方程式為4NiCO3＋2Li2CO3＋O24LiNiO2＋6CO2。②結合圖可知，回收鎳所使用的有機試劑的結構簡式為。
(3)①NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O熱分解反應為NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O3NiO＋CO2↑＋4H2O，若分解先得到水，則固體質量分數降低×100%≈21.1%，若分解先得到二氧化碳，則固體質量分數降低×100%≈12.9%，故300～500 K之間分解產生的氣體為H2O,500～700 K之間分解產生的氣體為CO2。②700 K后，反應完成，剩下的固體為NiO，在氧氣氣氛中加熱，NiO被氧化成更高價態的鎳氧化物，導致800 K后剩余固體質量略有增加。
2. (2024·無錫)工業上可電解MnSO4溶液制備電池用高純MnO2。
(1)MnSO4溶液的制備
利用菱錳礦粉(主要成分為MnCO3，還含有少量FeCO3、Al2O3、CoO、SiO2等雜質)制備MnSO4溶液的流程如下：
已知：25 ℃時，Ksp[Mn(OH)2]＝2.0×10－13，Ksp(CoS)＝4.0×10－21，Ksp(MnS)＝2.5×10－13。在本實驗條件下Co2＋不能被MnO2氧化。
①“酸浸”過程中加入過量硫酸的目的是 提高錳元素的浸出率，抑制Mn2＋水解　。
②“氧化”過程中發生反應的離子方程式為 MnO2＋2Fe2＋＋4H＋ === 2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O　。
③“除鈷”過程中加入過量的難溶電解質MnS，所得懸濁液中＝ 1.6×10－8　。
(2)高純MnO2的制備
①以石墨為電極材料電解MnSO4溶液可制備MnO2，陽極的電極反應式為 Mn2＋－2e－＋2H2O === MnO2＋4H＋　。
②電解后，從電極棒表面剝離出粗MnO2，粉碎處理后經清洗得到高純MnO2。粗MnO2表面的可溶性雜質除少量MnSO4以外，還有 H2SO4　(填化學式)。
③MnO2的一種長方體晶胞結構如圖所示，每個錳原子被6個氧原子包圍，形成的空間結構為 八面體　形。
【解析】 (1)③＝＝＝1.6×10－8。(2)①陽極Mn2＋失去電子生成MnO2，電極反應式為Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋。②根據電極反應式可知還有H2SO4。③由晶胞示意圖可知，6個氧原子形成的空間結構為八面體形。
3. (2024·連云港)以工業廢銅渣(主要含CuO，還含有CuS、Fe2O3等)為原料制備CuCl，并測定其純度。其制備過程如圖所示。已知：室溫下，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39，Ksp[Cu(OH)2]＝2×10－20。
(1)焙燒。將廢銅渣放在空氣中加熱至300 ℃充分焙燒，反應中CuS轉化成CuO，其反應的化學方程式為 2CuS＋3O22CuO＋2SO2　。
(2)酸浸。將焙燒后的產物與一定濃度的硫酸溶液放入反應器中，以一定的速率攪拌進行反應。在該過程中，還可以提高銅元素浸出效率的措施是 適當升高反應的溫度(或其他合理答案)　。
(3)除鐵。酸浸后，測得溶液中c(Fe3＋)＝0.1 mol/L，c(Cu2＋)＝2 mol/L。向其中滴加NaOH溶液調節溶液pH除去Fe3＋，則需調節溶液pH范圍為 3≤pH<4　。已知：Fe3＋完全沉淀后其濃度應小于1×10－6 mol/L。
(4)沉銅。除鐵后，過濾，向濾液中加入Na2SO3溶液、NaCl溶液，攪拌下充分反應，過濾，洗滌，干燥得到CuCl。
①得到CuCl沉淀的離子方程式為 2Cu2＋＋SO＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO＋2H＋　。
②相同條件下，CuCl沉淀率隨的變化如圖所示。在實際生產中常選擇為2.5的原因是 加快還原Cu2＋的反應速率；隨著反應的進行，溶液的酸性逐漸增強，SO與H＋結合生成SO2從溶液中逸出　。
(5)測定CuCl的純度。稱取0.250 0 g樣品，迅速加入裝有足量三氯化鐵溶液的錐形瓶中不斷搖動，待樣品溶解后加適量水和2滴鄰菲啰啉-硫酸亞鐵指示液，用0.100 0 mol/L Ce(SO4)2標準溶液滴定至終點，消耗Ce(SO4)2溶液24.00 mL。
已知：CuCl＋Fe3＋===Cu2＋＋Fe2＋＋Cl－，
Fe2＋＋Ce4＋===Fe3＋＋Ce3＋。
計算樣品中CuCl的純度(寫出計算過程)。
答案：95.52%(計算過程見解析)
【解析】 廢銅渣經空氣焙燒后得到Fe2O3、CuO和SO2，Fe2O3、CuO加入硫酸酸浸得到Fe3＋、Cu2＋，加入NaOH調節pH使Fe3＋沉淀完全，向溶液中加入亞硫酸鈉溶液和NaCl溶液使其轉化為CuCl，再經洗滌、干燥可得產品。(3)鐵離子完全沉淀，則c(OH－)＝＝ mol/L＝1×10－11 mol/L，pH＝3；沉淀過程中Cu2＋不能沉淀，則c(OH－)＝＝ mol/L＝1×10－10 mol/L，pH＝4；故需調節溶液pH范圍為3≤pH<4。(4)②在實際生產中常選擇＝2.5，此時亞硫酸鈉加快還原Cu2＋的反應速率，已經使得氯化亞銅的沉淀率較高，且反應后溶液顯酸性，如果繼續增加亞硫酸鈉量，則會導致SO與H＋結合生成SO2從溶液中逸出。
(5)由關系式可知，CuCl～Fe2＋～Ce4＋，n[Ce(SO4)2]＝0.100 0 mol/L×24.00×10－3L＝2.400 0×10－3 mol
n(CuCl)＝n[Ce(SO4)2]＝2.400 0×10－3 mol
m(CuCl)＝2.400 0×10－3 mol×99.5 g/mol＝0.238 8 g
CuCl的純度＝×100%＝95.52%。
4. (2024·南通如東)從富釩廢渣(V2O5、WO3、TiO2)中回收V2O5的工藝過程可表示為
(1)“焙燒”所得鈉鹽的陰離子呈如圖所示的無限鏈狀結構，寫出“焙燒”的化學方程式： V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑　。
(2)“沉釩”反應是向含有VO的溶液中加入NH4Cl溶液，析出NH4VO3沉淀。
①寫出“沉釩”反應的離子方程式： VO＋NH＋H2O===NH4VO3↓＋2H＋　。
②已知Ksp(NH4VO3)＝1.7×10－3。室溫下，測得“分離”后所得溶液中c(VO)＝0.1 mol/L，為使“沉釩”時釩元素的沉淀率達到99%，應使“沉釩”后的溶液中c(NH)不低于 1.7　 mol/L。
③為研究NH4VO3受熱發生的化學變化，某化學興趣小組稱取117 g NH4VO3在空氣中加熱，固體質量隨溫度變化的曲線如圖1所示，則點A所得物質的化學式為 HVO3　(V—51)。
圖1 　圖2
(3)一定溫度下，恒壓密閉容器中發生反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，SO2平衡轉化率與反應溫度和壓強的關系如圖2所示。實際生產選擇圖中C點的反應條件，不選擇A、B點的理由分別是 A點溫度低，影響催化劑的活性；B點壓強大，會增大設備成本，且相比C點平衡轉化率的提高幅度小　。
【解析】 (1)該陰離子里O和V的原子個數之比為3∶1，該陰離子為VO，反應的化學方程式為V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑。(2)②要達到99%的沉釩，則溶液中剩余c(VO)＝0.1 mol/L×1%＝0.001 mol/L，c(NH)不低于＝ mol/L＝1.7 mol/L，③NH4VO3的摩爾質量為117 g/mol,117 g該固體質量減少到100 g，則生成物的摩爾質量為100 g/mol，根據質量守恒，得生成物為HVO3。微專題熱練24　化學工藝流程(二)
1. (2024·通州)碳酸鎳在新能源以及智能制造上發揮了重要作用。
(1)碳酸鎳的制備
以含鎳廢料為原料(主要成分NiCO3，含少量Al2O3、MgO、CaO)可制備高純NiCO3。已知：Ksp(CaF2)＝5.3×10－9，Ksp(MgF2)＝4.0×10－11，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5，Ka(HF)＝1.0×10－4。
①“除雜”時加入NH4F溶液的目的為 　。
②“除雜”后所得溶液的pH＝6，c(Mg2＋)＝10－5 mol/L，則c(HF)＝ mol/L。
③“沉鎳”時可用碳酸氫鈉代替碳酸鈉，寫出該反應的離子方程式：
　。
(2)碳酸鎳的應用
碳酸鎳在空氣中與碳酸鋰共同“煅燒”可制得電極材料LiNiO2。廢舊電極材料可通過某些無機和有機試劑回收處理，處理后的鎳轉化為如圖所示物質。
①寫出“煅燒”反應的化學方程式： 　。
②回收鎳所使用的有機試劑的結構簡式為 　。
(3)碳酸鎳的回收
在氧氣氣氛中加熱NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O(M＝341 g/mol)可獲得含鎳物質，固體質量隨溫度變化的曲線如圖所示。
①500～700 K之間分解產生的氣體為 　。
②800 K后剩余固體質量略有增加的原因是 　。
2. (2024·無錫)工業上可電解MnSO4溶液制備電池用高純MnO2。
(1)MnSO4溶液的制備
利用菱錳礦粉(主要成分為MnCO3，還含有少量FeCO3、Al2O3、CoO、SiO2等雜質)制備MnSO4溶液的流程如下：
已知：25 ℃時，Ksp[Mn(OH)2]＝2.0×10－13，Ksp(CoS)＝4.0×10－21，Ksp(MnS)＝2.5×10－13。在本實驗條件下Co2＋不能被MnO2氧化。
①“酸浸”過程中加入過量硫酸的目的是 　。
②“氧化”過程中發生反應的離子方程式為 　。
③“除鈷”過程中加入過量的難溶電解質MnS，所得懸濁液中＝ 　。
(2)高純MnO2的制備
①以石墨為電極材料電解MnSO4溶液可制備MnO2，陽極的電極反應式為
　。
②電解后，從電極棒表面剝離出粗MnO2，粉碎處理后經清洗得到高純MnO2。粗MnO2表面的可溶性雜質除少量MnSO4以外，還有 　(填化學式)。
③MnO2的一種長方體晶胞結構如圖所示，每個錳原子被6個氧原子包圍，形成的空間結構為
　形。
3. (2024·連云港)以工業廢銅渣(主要含CuO，還含有CuS、Fe2O3等)為原料制備CuCl，并測定其純度。其制備過程如圖所示。已知：室溫下，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39，Ksp[Cu(OH)2]＝2×10－20。
(1)焙燒。將廢銅渣放在空氣中加熱至300 ℃充分焙燒，反應中CuS轉化成CuO，其反應的化學方程式為 　。
(2)酸浸。將焙燒后的產物與一定濃度的硫酸溶液放入反應器中，以一定的速率攪拌進行反應。在該過程中，還可以提高銅元素浸出效率的措施是 　。
(3)除鐵。酸浸后，測得溶液中c(Fe3＋)＝0.1 mol/L，c(Cu2＋)＝2 mol/L。向其中滴加NaOH溶液調節溶液pH除去Fe3＋，則需調節溶液pH范圍為 　。已知：Fe3＋完全沉淀后其濃度應小于1×10－6 mol/L。
(4)沉銅。除鐵后，過濾，向濾液中加入Na2SO3溶液、NaCl溶液，攪拌下充分反應，過濾，洗滌，干燥得到CuCl。
①得到CuCl沉淀的離子方程式為 　。
②相同條件下，CuCl沉淀率隨的變化如圖所示。在實際生產中常選擇為2.5的原因是 　。
(5)測定CuCl的純度。稱取0.250 0 g樣品，迅速加入裝有足量三氯化鐵溶液的錐形瓶中不斷搖動，待樣品溶解后加適量水和2滴鄰菲啰啉-硫酸亞鐵指示液，用0.100 0 mol/L Ce(SO4)2標準溶液滴定至終點，消耗Ce(SO4)2溶液24.00 mL。
已知：CuCl＋Fe3＋===Cu2＋＋Fe2＋＋Cl－，
Fe2＋＋Ce4＋===Fe3＋＋Ce3＋。
計算樣品中CuCl的純度(寫出計算過程)。
4. (2024·南通如東)從富釩廢渣(V2O5、WO3、TiO2)中回收V2O5的工藝過程可表示為
(1)“焙燒”所得鈉鹽的陰離子呈如圖所示的無限鏈狀結構，寫出“焙燒”的化學方程式：
　。
(2)“沉釩”反應是向含有VO的溶液中加入NH4Cl溶液，析出NH4VO3沉淀。
①寫出“沉釩”反應的離子方程式： 　。
②已知Ksp(NH4VO3)＝1.7×10－3。室溫下，測得“分離”后所得溶液中c(VO)＝0.1 mol/L，為使“沉釩”時釩元素的沉淀率達到99%，應使“沉釩”后的溶液中c(NH)不低于 　 mol/L。
③為研究NH4VO3受熱發生的化學變化，某化學興趣小組稱取117 g NH4VO3在空氣中加熱，固體質量隨溫度變化的曲線如圖1所示，則點A所得物質的化學式為 　(V—51)。
圖1 　圖2
(3)一定溫度下，恒壓密閉容器中發生反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，SO2平衡轉化率與反應溫度和壓強的關系如圖2所示。實際生產選擇圖中C點的反應條件，不選擇A、B點的理由分別是
　。

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