高考化学复习考点知识专题训练(培优版)11-物质制备类工艺流程.docx

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高考化学复习考点学问专题训练〔培优版〕
物质制备类工艺流程
合理利用工厂烟灰，变废为宝，对保护环境具有重要意义。以某钢
铁厂烟灰(主要成分为 ZnO，并含少量的CuO、MnO
、Fe O
2 2 3
等)为原料制备氧
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化锌的工艺流程如下：
答复以下问题：
“浸取”工序中参加过量氨水的目的：①使ZnO、CuO 溶解，转化为
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[Zn(NH
) ]2+和[Cu(NH
3 4
) ]2+配离子；② 。
3 4
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ZnO 转化反响的离子方程式为 。 (3)“除杂”工序中，反响的离子方程式为 。
滤渣②的主要成分有 (填化学式)，回收后可用作冶金原料。
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“蒸氨沉锌”工序中，“蒸氨”是将氨及其盐从固液混合物中蒸出，相应的化学方程式为 ，蒸出物冷凝吸取后得到的碳化氨水可返回
工序循环使用。
从碱式碳酸锌得到氧化锌的工序名称为 。
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将滤渣①用H SO
溶液处理后得到 溶液和 固体(均填化
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2 4
学式)。
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【答案】增大溶液 pH， 将 HCO
- 转化为 CO 2-
3 3
ZnO+2NH
·H O+2 NH
3 2 4
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=[Zn(NH
) ]2++3H
3 4
O Zn+[Cu(NH
2
) ]2+=Cu+[Zn(NH
3 4
) ]2+
3 4
Zn、Cu
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2Zn(NH
) (HCO
3 4
) +H
3 2
Δ
O 8NH
2
↑+CO
3
↑+ ZnCO
2
·Zn(OH)
3 2
浸取 煅烧
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Fe (SO )
2 4 3
MnO
2
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【分析】
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首先用 NH
HCO
4 3
和氨水浸取烟灰，将锌元素转化为[Zn(NH
) ]2+络离子，
3 4
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将Cu 元素转化为[Cu(NH
) ]2+络离子，MnO
3 4
、Fe O
2 2 3
不发生反响进入滤渣①中；
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参加锌粉可以将[Cu(NH
) ]2+全部置换出来得到滤渣②中含有 Zn 及Cu，然后
3 4
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经蒸氨沉锌 Zn(NH
) (HCO ) 反响变为 NH 和 Zn(HCO ) ，然后参加碱式碳酸锌
3 4 3 2 3 3 2
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与Zn(HCO )
3 2
混合，高温煅烧得到氧化锌。
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【详解】
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由题意可知，烟灰(主要成分为 ZnO，并含少量的 CuO、MnO
、Fe O
2 2 3
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等)，在浸取工序中可以使 ZnO、CuO 溶解变为[Zn(NH
) ]2+和[Cu(NH
3 4
) ]2+配离
3 4
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子进入滤液①中；NH
与HCO- 反响， HCO- 的存在会影响[Zn(NH ) ]2+ 、
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3 3 3 3 4
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[Cu(NH
) ]2+的稳定性， 氨水过量可以将 HCO- 转化为CO 2- ， 使以上两种络
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3 4 3 3
离子稳定存在。
浸出时，ZnO 溶于碳酸氢铵与氨水的混合溶液中，形成配离子
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[Zn(NH
) ]2+和H
3 4
O，反响的离子方程式为：ZnO+2NH
2
·H O+2 NH
3 2 4
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=[Zn(NH
) ]2++3H O；
3 4 2
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在除杂工序中，参加过量的锌粉，发生置换反响置换出铜单质，反
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应的离子方程式为：Zn+[Cu(NH
) ]2+=Cu+[Zn(NH
3 4
) ]2+；
3 4
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滤渣②是在除杂工序中产生的，由(3)分析可知，滤渣②是过量 Zn
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与[Cu(NH
) ]2+发生置换反响产生的，因此其主要成分是 Cu、Zn；
3 4
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在“蒸氨沉锌”工序中，“蒸氨”是将氨及其盐从固液混合物中蒸出，Zn 元素以盐的形式存在于溶液中，该反响的离子方程式为：
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2Zn(NH
) (HCO
3 4
) +H
3 2
Δ
O 8NH
2
↑+CO
3
↑+ ZnCO
2
·Zn(OH)
3
；蒸出物冷凝吸取后得
2
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到的碳化氨水，由工艺流程图可知，碳化氨水可返回到浸取工序中循环使用；
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碱式碳酸锌( ZnCO
·Zn(OH)
3
)为固体，要想得到 ZnO 需要经过高温
2
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煅烧。故从碱式碳酸锌得到氧化锌的工序名称为煅烧；
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滤渣①的主要成分是 MnO
、Fe
2
O ，向滤渣①中参加H SO
2 3 2 4
溶液，Fe O
2 3
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与硫酸反响产生 Fe
(SO )
2 4 3
和H O，而 MnO
2 2
不发生反响，故将滤渣①用 H SO
2 4
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溶液处理后得到溶液为 Fe
(SO )
2 4 3
溶液，固体为 MnO 。
2
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高锰酸钾生产过程中产生的废锰渣(主要成分为 MnO
、KOH、MgO 和
2
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Fe O
2
)可用于制备 MnSO
3 4
晶体，工艺流程如下：
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该工艺条件下金属离子开头沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示：
金属离子
Fe3+
Fe2+
Mn2+
Mg2+
开头沉淀 pH




完全沉淀 pH




答复以下问题：
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MnSO
4
中阴离子的空间构型为 。
提高“反响Ⅰ”速率可实行的措施是 (除“加热”外，任写一种)，滤渣 A 的主要成分为 (填化学式)。
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“反响Ⅱ”中硫铁矿(FeS
)的作用为 。
2
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“反响Ⅲ”的离子方程式为 。 (5)“调pH”步骤中，应调整 pH 不低于 。
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(6)取 g MnSO
4
固体，溶于适量水中，加硫酸酸化，用过量
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NaBiO (难溶于水)将其完全氧化为MnO - ，过滤，洗涤，洗涤液并入滤液后，
3 4
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参加 g Na
C O
2 2 4
固体，充分反响后，用 mol/L KMnO
4
溶液滴定，
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用去 mL，计算样品中 MnSO
4
的质量分数 (保存三位有效数字)。
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【答案】正四周体 适当增加硫酸的浓度 MnO
2
将 MnO
2
复原为
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Mn2+
2Fe2+ +MnO
2
+4H+ =2Fe3+ +Mn2+ +2H
2
O %
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【分析】
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在废锰渣中参加硫酸，其中 MnO
2
不反响，过滤后滤渣 A 的主要成分为
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MnO
，反响Ⅱ为 MnO
2 2
与硫铁矿在酸性条件下发生氧化复原反响，其反响为
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3MnO
2
+2FeS
2
+6H SO
2 4
=3MnSO
4
+4S+Fe
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2
(SO
4
) +6H
3
O ，过滤得
2
S 和含硫酸铁、硫酸锰
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等的溶液反响Ⅲ加 MnO
2
是将Fe2+氧化成 Fe3+，其反响为
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2Fe2+ +MnO
2
+4H+ =2Fe3+ +Mn2+ +2H O 加
2
CaCO
3
是利用 Fe3+与CO2- 双水解除去 Fe3+，最终
3
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将溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、枯燥得到硫酸锰产品。
【详解】
SO2- 离子中，S 原子承受 sp3 杂化，离子呈正四周体构造，硫原子
4
位于正四周体体心，4 个氧原子位于正四周体四个顶点，故填正四周体；
提高反响速率的措施有适当升温、适当增加酸的浓度，将硫铁矿粉
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碎，搅拌，依据题意任选一种，废渣 A 为 MnO
，故填适当增加硫酸的浓度、
2
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MnO ；
2
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依据反响方程式3MnO
2
+2FeS
2
+6H SO
2 4
=3MnSO
4
+4S+Fe
2
(SO
4
) +6H
3
O ，硫铁矿
2
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被氧化，作复原剂，将 MnO
2
复原为Mn2+，故填将 MnO
2
复原为Mn2+；
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依据题意，反响Ⅲ的离子方程式为2Fe2+ +MnO
2
+4H+ =2Fe3+ +Mn2+ +2H
2
O ，故
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填2Fe2+ +MnO
2
+4H+ =2Fe3+ +Mn2+ +2H O ；
2
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由表中数据可知，Fe3+完全沉淀的 pH 为 ，Mn2+开头沉淀的 pH ，要使得 Fe3+完全被除去而不影响Mn2+，pH 应不低于 ，但不高于 ，故填 ；
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此为承受间接测定法测 MnSO
4
的含量，依据题意，与由样品产生的
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MnO- 反响的C
4 2
O2- 物质的量=总的C
4 2
O2- 的物质的量-滴定消耗C
4 2
O2- 的物质的
4
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量，由此计算。参加的 Na C O
2 2 4
的物质的量为 m =
M

134g/mol
=，由方程式
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2MnO- +5C O2- +16H+ =2Mn2+ +10CO ­ +8H O 可知，剩余的C O2- 的物质的量为
4 2 4 2 2 2 4
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，由此得与由样品产生的MnO- 反响的C
4 2
O2- 物质的量为
4
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-=，即样品中 MnSO
4
的物质的量为 ，其质
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量分数为 ´151 ´100% =%，故填 %。

【点睛】
间接法测质量分数时，不能直接建立关系式，样品消耗的量=总量-滴定
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的量。流程中第一次参与反响的 MnO
2
是来自于废锰渣，需要被复原，其次次
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加MnO
2
是为了便利除杂。
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高纯硫酸锰在电池材料领域有重要用途。以软锰矿(主要成分为
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MnO
2
，含有少量铁和铝的氧化物)、硫铁矿(主要成分为FeS
2
)、钛白废酸(主
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要成分为H SO
2 4
)为原料制备MnSO
4
×H O 的工艺流程如图：
2
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“酸浸”时，为提高锰的浸出率，可实行的措施是 ，“酸浸” 过程中钛白废酸不宜过量太多，缘由是 。
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在“酸浸”过程中， FeS
2
和MnO
2
颗粒组成两个原电池，如下图：
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其中，MnO
2
原电池反响快速，而FeS
2
原电池由于生成的硫掩盖在FeS 颗
2
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粒外表，溶解速率受阻变慢。
① MnO 原电池中， MnO 为原电池的 (填“正极”或“负极”)，
2 2
每消耗 1mol MnO ，生成 mol Fe3+ 。
② FeS
2
原电池负极上的电极反响式为 。
2
局部金属阳离子开头沉淀和沉淀完全的 pH 如表：
开头沉淀的 pH
沉淀完全的 pH
Fe3+


Al 3+


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Mn 2+


Fe 2+
7

①要除去Fe 3+ 和Al 3+ ，需要调整溶液的 pH 的范围为 。
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②参加CaCO
3
也可以将滤液中的Fe 3+ 转化为Fe(OH)
3

而除去，该反响的化
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学方程式为 。
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③假设石灰乳用量过大，则MnSO
4
×H O 的产量会 (填“增加”、“减
2
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少”或“无影响”)。
“操作X”为蒸发浓缩、 、过滤、洗涤、烘干。
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某工厂用 10t 软锰矿(含 87% MnO
2
)制备MnSO
4
×H O ，最终得到
2
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MnSO
4
×H O ，则MnSO
2 4
×H O 的产率为 。
2
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【答案】将硫铁和软锰矿粉碎 避开后续反响中消耗更多的石灰乳
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正极 2 FeS
2
- 2e- =Fe2+ + 2S [ ,)
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Fe (SO )
2 4 3
3H
2
O + 3CaCO
3
= 2Fe(OH)
3
3CaSO
4
3CO
2
­ 削减 冷却结晶
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80%
【分析】
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