第九题 无机化工流程综合应用题
1．(2017·临汾二模)锗是重要的半导体材料，应用于航空航天测控、光纤通讯等领域。一种提纯二氧化锗粗品(主要含GeO2、As2O3)的工艺如下：
已知：GeCl4的熔点为－49.5 ℃，AsCl3与GeCl4的沸点分别为130.2 ℃、84 ℃。 (1)锗在元素周期表中的位置为___________________________________________。 (2)“碱浸”过程中反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。 (3)传统的提纯方法是将粗品直接加入盐酸中蒸馏，其缺点是________________________________。
(4)“蒸馏”过程中反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。 (5)“水解”操作时保持较低温度有利于提高产率，其最可能的原因是______________________________________(写一条即可)。
(6)若1 t二氧化锗粗品(含杂质30%)经提纯得0.724 t的高纯二氧化锗产品，则杂质脱除率为________。
2．某化工厂以软锰矿、闪锌矿(主要成分为MnO2、ZnS，还含有少量的FeS、CuS、Al2O3
等物质)为原料制取Zn和MnO2。
(1)在一定条件下，将这两种矿粉在硫酸溶液中相互作用，可得到含有Mn2、Fe3、Cu2
＋
＋
＋
、Al3、Zn2的酸性溶液，其中发生的主要反应之一如下，请配平此反应方程式：
＋
＋
________MnO2
＋________FeS＋
________H2SO4===________MnSO4
＋
________Fe2(SO4)3＋________S＋________。
(2)将所得溶液按如图所示的工业流程进行操作处理得溶液(Ⅳ)，电解溶液(Ⅳ)即得MnO2和Zn。
a．操作①中加Zn粉后发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________； b．操作②中加入适量X的作用是______________________________；
c．工业上用惰性电极电解溶液(Ⅳ)获得产品，每生成1 mol MnO2，转移________mol 电子。
(3)为了从上述流程所产生的Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀混合物中回收Al(OH)3，工厂设计的有关流程如图所示。
a．AlCl3溶液和NaAlO2溶液反应生成Al(OH)3的离子方程式为___________________________________。
b．若得到n mol Al(OH)3，则理论上消耗的NaOH和HCl的物质的量分别为________mol、________mol。
3．某种电镀污泥中主要含有碲化亚铜(Cu2Te)、三氧化二铬(Cr2O3)以及少量的金(Au)，可以用于制取Na2Cr2O7溶液、金属铜、粗碲等，以实现有害废料的资源化利用，工艺流程如下：
已知：煅烧时Cu2Te发生的反应为Cu2Te＋2O2=====2CuO＋TeO2。 (1)煅烧时Cr2O3发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。 (2)酸化时Na2CrO4转化为Na2Cr2O7的离子方程式为 ________________________。
(3)浸出液中除了含有TeOSO4外，还含有________________________
(填化学式)，整个流程中可以循环利用的物质是____________________________ (填名称)。
(4)配平还原过程中反应的化学方程式，并用单线桥法标注电子的转移方向和数目。
□TeOSO4＋□SO2＋□______===□Te↓＋□______
(5)粗碲经熔融结晶法能得到高纯碲。若电镀污泥中含Cu2Te的质量分数为49.9%，回收提纯过程中的利用率为90%，1 000 kg电镀污泥可以制得________kg含碲99.8%的高纯碲。
4．明矾是重要的净水剂、收敛剂，三草酸合铁酸钾[K3Fe(C2O4)3·3H2O] 是重要的光敏材料，是负载型活性铁催化剂的主要原料。工业上利用含有Al2O3、SiO2和少量FeO·xFe2O3的铝灰制备明矾与草酸合铁酸钾的流程如图所示。
高温
已知：生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示。
氢氧化物 开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH 回答下列问题： (1)为提高酸浸速率，应采用的措施是____________________________(答出两条)，残渣的主要成分是________。
(2)
写
出
氧
化
过
程
中
反
应
的
离
子
方
程
式
：
Al(OH)3 3.6 5.2 Fe(OH)3 2.1 3.2 Mn(OH)2 7.7 9.8 ________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 (3)试剂X是________，pH的调节范围是________________________。
(4)操作Ⅱ的内容是______________、过滤、洗涤、低温干燥，若操作Ⅰ与操作Ⅱ的内容相同，则洗涤三草酸合铁酸钾以获得干燥晶体的方法最好是______。
a．热水—酒精 b．冷水—酒精 c．酒精—冷水 d．酒精—热水
(5)溶液B中含有Mn2，可通过多种方法将它转化为活性MnO2。
＋
①电解法：制取MnO2的电极反应式为
________________________________________________________________________。 ②KClO3氧化法(有黄绿色气体生成)：反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
5．(2017·唐山二模)利用酸性含锰废水(主要含Mn2、Cl、H、Fe2、Cu2)可制备高
＋
－
＋
＋
＋
性能磁性材料(MnCO3)及纯净的氯化铜晶体(CuCl2·2H2O)。工艺流程如下：
已知：几种金属离子沉淀的pH如下表所示。
金属离子 开始沉淀的pH 完全沉淀的pH 回答下列问题： (1)过程①中，MnO2在酸性条件下可将Fe2氧化为Fe3，反应的离子方程式为
＋
＋
Fe2 ＋Fe3 ＋Cu2 ＋Mn2 ＋7.5 9.7 2.1 3.2 5.2 6.4 8.8 10.4 ________________________________________________________________________。
(2)过程②中，所得滤渣W的成分是_________________________________________。 (3)过程③中，调至pH＝6.4的目的是__________________________________。 (4)过程④中，若生成的气体J可使澄清的石灰水变浑浊，则生成MnCO3反应的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 (5)将滤渣Q溶解在过量的盐酸中，经过__________________________、过滤、洗涤、低温烘干，即可获得纯净的氯化铜晶体(CuCl2·2H2O)。
(6)过程④中，298 K、c(Mn2)为1.05 mol·L
＋
－1
时，实验测得MnCO3的产率与溶液pH、
反应时间的关系如图所示。据图中信息，你选择的最佳pH是____________；理由是________________________________________________________________________。
(7)由滤液C可得到的副产品是______(填化学式)。
6．(2017·武汉高三模拟)草酸钴是制作氧化钴和金属钴的原料。一种利用含钴废料(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物等)制取CoC2O4的工艺流程如下：
(1)“550 ℃焙烧”的目的是________________________________________。 (2)“浸出液”的主要成分是_______________________________________。 (3)“钴浸出”过程中Co3
＋
转化为Co2
＋
，反应的离子方程式为
_______________________________________________。
(4)“净化除杂1”过程中，先在40～50 ℃加入H2O2，其作用是________________________(用离子方程式表示)；再升温至80～85 ℃，加入Na2CO3溶液，调pH至4.5，“滤渣1”的主要成分是________。
(5)“净化除杂2”可将钙、镁离子转化为沉淀过滤除去，若所得滤液中c(Ca2)＝1.0×10
＋
－5
mol·L1，则滤液中c(Mg2) 为________[已知Ksp(MgF2)＝7.35×10
－
＋
－10
－11
、Ksp(CaF2)＝
1.05×10]。
(6)为测定制得产品的纯度，现称取1.00 g样品，将其用适当试剂转化，得到草酸铵[(NH4)2C2O4]溶液，再用过量稀硫酸酸化，用0.100 0 mol·L1 KMnO4溶液滴定，达到滴定终
－
点时，共用去KMnO4溶液26.00 mL，则草酸钴样品的纯度为____________。
第九题 无机化工流程综合应用题
1．[导学号：53144246] 解析：(1)锗在元素周期表中位于第四周期第ⅣA族。(2)“碱浸”过程中发生的反应为非氧化还原反应，化学方程式为GeO2＋2NaOH===Na2GeO3＋H2O、As2O3＋2NaOH===2NaAsO2＋H2O。(3)As2O3可与HCl发生反应生成AsCl3，所以传统的提纯方法的缺点是馏出物中含有AsCl3，降低产品纯度。(4)“蒸馏”过程中Na2GeO3与HCl发生反应生成GeCl4，根据原子守恒即可写出反应的化学方程式。(6)1 t粗品中含有杂质的0.276 t量为0.3 t，脱除的杂质为1 t－0.724 t＝0.276 t，所以杂质脱除率为×100%＝92%。
0.3 t
答案：(1)第四周期第ⅣA族
(2)GeO2＋2NaOH===Na2GeO3＋H2O、As2O3＋2NaOH===2NaAsO2＋H2O (3)馏出物中将会含有AsCl3，降低产品纯度 (4)Na2GeO3＋6HCl=====2NaCl＋GeCl4＋3H2O
(5)温度高时GeCl4易挥发，从而降低产率(答案合理即可) (6)92%
2．解析：(2)a.由流程图及“电解溶液(Ⅳ)即得MnO2和Zn”知，锌将Cu2还原为单质，
＋
△
将Fe3还原为Fe2，由此可写出对应的离子方程式。b.溶液(Ⅱ)中含有Fe2，最后形成的沉
＋
＋
＋
淀是Fe(OH)3，故加入X的目的是将Fe2氧化为Fe3。c.阳极上是还原剂失去电子，故有
＋
＋
Mn2＋2H2O－2e===MnO2＋4H，则每生成1 mol MnO2，转移2 mol电子。(3)a.Al3与AlO2
＋
－
＋
＋
＋
－
－
之间发生的是双水解反应：Al3＋3AlO2＋6H2O===4Al(OH)3↓。b.由离子方程式知，生成n mol Al(OH)3时，需要0.25n mol Al3、0.75n mol AlO2，由Al生成0.25n mol Al3时需要消
＋
－
＋
耗0.75n mol HCl，由Al(OH)3生成0.75n mol AlO2需要消耗0.75n mol NaOH。
答案：(1)3 2 6 3 1 2 6H2O
(2)a.Zn＋Cu2===Zn2＋Cu、Zn＋2Fe3===Zn2＋2Fe2 b．将Fe2氧化成Fe3 c．2
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
－
(3)a.Al3＋3AlO2＋6H2O===4Al(OH)3↓
＋
－
b．0.75n 0.75n
3．解析：(1)由流程图可知，煅烧时，Cr2O3与Na2CO3、O2反应生成了Na2CrO4和CO2，化学方程式为2Cr2O3＋3O2＋4Na2CO3=====4Na2CrO4＋4CO2。
2
(2)酸化时发生的是非氧化还原反应，离子方程式为2CrO24＋2H===Cr2O7＋H2O。
－
＋
－
高温
(3)煅烧过程生成的CuO经过酸浸会转变为CuSO4。酸浸时需消耗H2SO4，电解沉积及还原过程均生成H2SO4，所以H2SO4可以循环利用。
(4)由得失电子守恒可知TeOSO4、SO2的化学计量数之比为1∶2，再结合原子守恒可得：
128
(5)1 000 kg电镀污泥中含碲：1 000 kg×49.9%×＝249.5 kg，则可制得含碲99.8%的
256高纯碲的质量为249.5 kg×90%÷99.8%＝225 kg。
答案：(1)2Cr2O3＋4Na2CO3＋3O2=====4Na2CrO4＋4CO2
2
(2)2CrO24＋2H===Cr2O7＋H2O
－
＋
－
高温
(3)CuSO4 硫酸
4．解析：(1)将铝灰粉碎或适当提高硫酸浓度、加热、搅拌均可提高酸浸速率，因SiO2
不与硫酸反应，故残渣是SiO2。(3)可用Al2O3或Al(OH)3来调节溶液的pH，为确保Fe3沉
＋
淀完全而Al3不形成沉淀，则3.2≤pH<3.6。(4)向 Al(OH)3中加入硫酸后得到硫酸铝，从溶
＋
液中析出明矾的基本方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤与干燥。操作Ⅰ与操作Ⅱ相同，说明三草酸合铁酸钾溶于水，故应先用冷水洗涤以除去杂质，然后利用乙醇洗掉残留的水以得到干燥的晶体。(5)①在阳极上Mn2失去电子转化为MnO2，故有Mn2－2e―→MnO2，
＋
＋
－
再依据电荷守恒、质量守恒可得Mn2－2e＋2H2O===4H＋MnO2。②黄绿色气体是Cl2，
＋
－
＋
故先写出KClO3＋MnSO4―→Cl2＋K2SO4＋MnO2，最后依据质量守恒、得失电子守恒确定其他物质并配平。
答案：(1)将铝灰粉碎或适当提高硫酸浓度、加热、搅拌(任答两条) SiO2 (2)MnO4＋5Fe2＋8H===Mn2＋5Fe3＋4H2O
－
＋
＋
＋
＋
(3)Al2O3[或Al(OH)3] 3.2≤pH<3.6 (4)蒸发浓缩、冷却结晶 b
(5)①Mn2－2e＋2H2O===4H＋MnO2
＋
－
＋
②5MnSO4＋2KClO3＋4H2O===Cl2↑＋5MnO2＋4H2SO4＋K2SO4
5．[导学号：53144247] 解析：(1)MnO2在酸性条件下可将Fe2氧化为Fe3，反应的
＋
＋
离子方程式为MnO2＋2Fe2＋4H===Mn2＋2Fe3＋2H2O。
＋
＋
＋
＋
(2)根据流程图分析可知，所得滤渣W的成分是Fe(OH)3和过量的MnO2。 (3)调至pH＝6.4，可除去溶液中的Cu2，使其完全沉淀为Cu(OH)2。
＋
(4)滤液B中含有Mn2、Cl，加碳酸氢铵，反应生成二氧化碳气体、碳酸锰、氯化铵、
＋
－
水，其反应的离子方程式为Mn2＋2HCO3===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O。
＋
－
(5)从溶液中提取溶质，要经过加热浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥。
(6)从沉锰的图像中可以看出，pH越大，MnCO3的产率越高，反应速率越快，所以最佳pH为7.0。
(7)得到的滤液C中含有大量的铵根离子和氯离子，因此可以得到的副产品为NH4Cl。
答案：(1)MnO2＋2Fe2＋4H===Mn2＋2Fe3＋2H2O
＋
＋
＋
＋
(2)Fe(OH)3和过量的MnO2 (3)使Cu2完全沉淀为Cu(OH)2
＋
(4)Mn2＋2HCO3===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O
＋
－
(5)加热浓缩、降温结晶(其他合理答案也可)
(6)7.0 pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO3 产率最高 (7)NH4Cl
6．[导学号：53144248] 解析：(1)由题给条件和流程图可知，“500 ℃焙烧”是为了除去碳和有机物。(2)含钴废料的成分中只有氧化铝与氢氧化钠反应，所以“浸出液”的主要成分为NaAlO2(或NaAlO2和NaOH)。(3)“钴浸出”过程中Co3转化为Co2，钴元素的化
＋
＋
合价降低，加入的物质Na2SO3具有还原性，其被氧化成Na2SO4，反应的离子方程式为2Co3
＋
22＋SO2(4)“净化除杂1”过程中，先在40～50 ℃加入H2O2，3＋H2O===2Co＋2H＋SO4。
－
＋
＋
－
＋
＋
＋
＋
＋
目的是将溶液中的Fe2氧化成Fe3，反应的离子方程式为2Fe2＋H2O2＋2H===2Fe3＋2H2O。加入Na2CO3溶液调pH至4.5，使Fe3转化为Fe(OH)3沉淀，故滤渣1的主要成分
＋
是Fe(OH)3。(5)Ksp(CaF2)＝c(Ca2)·c2(F)，Ksp(MgF2)＝c(Mg2)·c2(F)，
＋
－
＋
－
＋
－
＋
－
Ksp（CaF2）
＝
Ksp（MgF2）
c（Ca2）·c2（F）c（Ca2）1.05×1010－－2＋
＝)＝1.0×105 mol·L1代入计算－－11，将c(Ca2＋22＋＝c（Mg）·c（F）c（Mg）7.35×10可得，c(Mg2)＝7.0×106 mol·L1。(6)草酸与高锰酸钾溶液反应的化学方程式为2KMnO4
＋
－
－
＋5H2C2O4＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋10CO2↑＋8H2O，则参加反应的草酸的物质的量5－－－
为26.00×103 L×0.100 0 mol·L1×＝6.5×103 mol，根据物料守恒，存在：CoC2O4～
2(NH4)2C2O4～H2C2O4，故样品中n(CoC2O4)＝n(H2C2O4)＝6.5×103 mol，m(CoC2O4)＝6.5×10
－
－3
mol×147 g·mol1＝0.955 5 g，草酸钴样品的纯度为
－
0.955 5 g
×100%＝95.55%。
1.00 g
＋
－
答案：(1)除去碳和有机物 (2)NaAlO2(或NaAlO2和NaOH) (3)2Co3＋SO23＋
23
H2O===2Co2＋SO24＋2H (4)2Fe＋2H＋H2O2===2Fe＋2H2O Fe(OH)3
＋
－
＋
＋
＋
＋
(5)7.0×106 mol·L1 (6)95.55%
－
－