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非选择题规范练(四) 无机化学工艺流程综合题
(建议用时：45分钟)
1．硫酸锰在锰系产品中具有重要地位，一种由软锰矿(MnO2)和硫铁矿(FeS2)制备硫酸锰的流程如下：
回答下列问题：
(1)将软锰矿、硫铁矿和硫酸按一定比例放入反应釜中，搅拌，加热保温反应一定时间，其中搅拌、加热的目的是____________________；从“除质2”后的溶液中得到MnSO4固体的操作为________、降温结晶、过滤和干燥。
(2)如图是在一定条件下，不同浓度的硫酸对各元素浸出率的影响，由此得出的相关结论是①________________________；②______________________。
(3)除铁剂为H2SO5和氨水。
①H2SO5中S的化合价为＋6，其中过氧键的数目为________，加入其目的是_________________________。
②写出Fe3＋生成沉淀黄铵铁矾[NH4Fe3(SO4)2(OH)6]的离子方程式：________________________________________________________________________。
2．硼氢化钠(NaBH4)是有机合成中常用的还原剂。一种制备工艺如下(部分条件和产物省略)：
回答下列问题：
(1)MgH2和NaBO2合成硼氢化钠的化学方程式为
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________________________________________________________________________。
(2)难溶的Mg2B2O5与浓氢氧化钠溶液反应的离子方程式为______________________。
(3)SOCl2溶于水能产生两种气体，其中一种气体能使品红溶液褪色，则灼烧时加入SOCl2的目的是______________________________________________________。
(4)已知镁H2O2酸性燃料电池反应为Mg＋H2O2＋H2SO4===MgSO4＋2H2O。常温下，电解质溶液为200 mL 0.1 mol·L－1硫酸溶液。
①写出正极的电极反应式：______________________________________________。
②若电路转移0.038 mol电子时，溶液pH为________(忽略溶液体积变化，不考虑H2O2电离)。
(5)“有效氢含量”是衡量含氢还原剂的还原能力指标，定义为每克含氢还原剂的还原能力与多少克H2的还原能力相当。则NaBH4的“有效氢含量”为________(结果保留两位小数)。
(6)工业上，也可以利用NaBO2、HCHO和生石灰在加热条件下制备NaBH4，并得到副产物CaCO3，该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为________。
3．(2020·山东等级考模拟)普通立德粉(BaSO4·ZnS)广泛用于工业生产中，可利用ZnSO4和BaS共沉淀法制备。以粗氧化锌(含Zn、CuO、FeO等杂质)和BaSO4为原料制备立德粉的流程如下：
(1)生产ZnSO4的过程中，反应器Ⅰ要保持强制通风，原因是_______________________。
(2)加入锌粉的主要目的是______________________(用离子方程式表示)。
(3)已知KMnO4在酸性溶液中被还原为Mn2＋，在弱酸性、弱碱性溶液中被还原为MnO2，在碱性溶液中被还原为MnO。据流程判断，加入KMnO4时溶液的pH应调至________；
a．2.2～2.4 b．5.2～5.4 c．12.2～12.4
滤渣Ⅲ的成分为________。
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(4)制备BaS时，按物质的量之比计算，BaSO4和碳粉的投料比要大于1∶2，目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
生产过程中会有少量氧气进入反应器Ⅳ，反应器Ⅳ中产生的尾气需用碱液吸收，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)普通立德粉(BaSO4·ZnS)中ZnS含量为29.4%，高品质银印级立德粉中ZnS含量为62.5%。在ZnSO4、BaS、Na2SO4、Na2S中选取三种试剂制备银印级立德粉，所选试剂为________，反应的化学方程式为__________________________________________________
(已知BaSO4相对分子质量为233, ZnS相对分子质量为97)。
4．TiO2和CaTiO3都是光电转化材料，某研究小组利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量SiO2等杂质)来制备，并利用黄钾矾[KFe3(SO4)2(OH)6]回收铁的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“氧化酸解”的实验中，控制反应温度为150 ℃，不同氧化剂对钛铁矿酸解率的影响如图所示。50 min时，要求酸解率大于85%，所选氧化剂应为________；采用H2O2做氧化剂时，其效率低的原因可能是___________________________________________________。
(2)“氧化酸解”的滤液①中加入尿素[CO(NH2)2]，TiO2＋转化为TiO2，写出相应的离子方程式：____________________________________，使用尿素而不直接通入NH3的原因是______________________________。
(3)写出“高温煅烧”时由TiO2制备CaTiO3的化学方程式：_______________________。
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(4)黄钾矾沉淀为晶体，含水量很少。回收Fe3＋时，不采用加入氨水调节pH制得Fe(OH)3的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
5．碲(Te)常用于冶金工业，也是石油裂解的催化剂。工业上用精炼铜的阳极泥(主要含有TeO2，还含有少量Ag、Au)为原料制备单质碲的一种工艺流程如下：
已知TeO2微溶于水，易溶于较浓的强酸和强碱。
(1)从滤渣A中分离出Au的方法是__________________________________________。
(2)“沉碲”时控制溶液的pH为4.5～5.0，生成TeO2沉淀。防止溶液局部酸性过强的操作是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)写出“碱浸”时发生反应的离子方程式：___________________________。滤液B经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到的副产品是__________________(填化学式)。
(4)为了提高“碱浸”的浸出率，宜采取的措施有__________________________(写两条即可)。“酸溶”时要控制温度，温度不宜过高，原因是_________________________。
(5)写出“还原”中发生反应的化学方程式：__________________________________
________________________________________________________________________。
参考答案与解析
1．解析：(1)从“除质2”后的溶液中得到MnSO4固体，是由溶液得到固体的过程，实验操作为蒸发浓缩、降温结晶、过滤和干燥。(2)根据图示，pH越大，即硫酸浓度越小，各元素的浸出率越低，但锰元素有反常，即硫酸浓度与锰的浸出率相关性不完全一致。(3)①根据化合物中各元素的正负化合价的代数和为0可知，H2SO5中5个O总化合价为－8。设－2价氧个数为x，－1价氧个数为y，则x＋y＝5，－2x－y＝－8，解得x＝3，y＝2。2个－1价氧形成一个过氧键。H2SO5含有过氧键，具有强氧化性，加入的目的是氧化亚铁离子，便于之后除去。②向溶液中加入氨水生成沉淀黄铵铁矾，离子方程式为6NH3·H2O＋3Fe3＋＋2SO===NH4Fe3(SO4)2(OH)6↓＋5NH。
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答案：(1)使反应物充分接触，加快反应速率 蒸发浓缩
(2)①除锰外，硫酸浓度越低(高)，浸出率越低(高)
②硫酸浓度与锰的浸出率相关性不完全一致
(3)①1 氧化亚铁离子，便于之后除去 ②6NH3·H2O＋3Fe3＋＋2SO===NH4Fe3(SO4)2(OH)6↓＋5NH
2．解析：(1)根据原子守恒，配平MgH2和NaBO2合成硼氢化钠的化学方程式：2MgH2＋NaBO2NaBH4＋2MgO。(2)滤液最终提取出溶质NaBO2，碱性条件下Mg2＋形成滤渣氢氧化镁。(3)依题意，其中一种气体为SO2，结合原子守恒以及Mg2＋水解的特性，可推测另一产物为HCl，反应为SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑，产生的氯化氢可抑制氯化镁水解。(4)①根据电池反应可知，电池正极发生H2O2的还原反应：H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O。②n(H＋)＝0.04 mol，由电极反应式知，转移1 mol电子消耗1 mol H＋，转移0.038 mol电子时溶液中c(H＋)＝＝0.01 mol·L－1，pH＝2。(5)1 mol(即38 g)NaBH4做还原剂时，H元素由－1价被氧化为＋1价，失去8 mol电子，与4 mol(即8 g)H2做还原剂时转移电子数相等，故NaBH4的“有效氢含量”为≈0.21。(6)该反应的化学方程式为NaBO2＋2HCHO＋2CaONaBH4＋2CaCO3，甲醛中的C为0价，被氧化为CaCO3中的＋4价，CaCO3为氧化产物，甲醛中的H为＋1价，被还原为NaBH4中的－1价，NaBH4为还原产物，故氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1。
答案：(1)2MgH2＋NaBO2NaBH4＋2MgO
(2)Mg2B2O5＋H2O＋2OH－===2Mg(OH)2＋2BO
(3)提供HCl抑制MgCl2水解
(4)①H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O ②2 (5)0.21
(6)2∶1
3．解析：反应器Ⅰ中粗氧化锌中所含ZnO以及Zn、CuO、FeO杂质与硫酸反应，不溶性杂质以滤渣Ⅰ的形式过滤分离；反应器Ⅱ中用Zn置换溶液中Cu2＋；反应器Ⅲ中用KMnO4氧化Fe2＋，同时控制pH，在弱酸性、弱碱性环境中，产生MnO2和Fe(OH)3沉淀，过滤得到净化的ZnSO4溶液；反应器Ⅳ中制备BaS：BaSO4＋2C===BaS＋2CO2↑；反应器Ⅴ用ZnSO4和BaS共沉淀制备立德粉。反应器Ⅰ中Zn与硫酸反应产生氢气，应保持强制通风，避免氢气浓度过大而发生爆炸，出现危险。反应器Ⅱ除Cu2＋：Zn＋Cu2＋===Zn2＋
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＋Cu。反应器Ⅲ除Fe2＋，同时在弱酸性环境中KMnO4被还原为MnO2，以滤渣形式分离。反应器Ⅳ中发生反应BaSO4＋2C===BaS＋2CO2↑(可能的副反应BaSO4＋4C===BaS＋4CO↑)，则投料比要大于1∶2，避免产生CO等有毒气体；生产过程中会有少量氧气进入反应器Ⅳ，将BaS氧化产生SO2等有毒气体，需用碱液吸收。已知BaSO4的相对分子质量为233，ZnS的相对分子质量为97，ZnS含量为29.4%，立德粉为BaSO4·ZnS；ZnS含量为62.5%，立德粉为BaSO4·4ZnS；则需选用的三种试剂为ZnSO4、BaS和Na2S；故反应的化学方程式为4ZnSO4＋BaS＋3Na2S===BaSO4·4ZnS＋3Na2SO4。
答案：(1)反应中产生氢气，达到一定浓度后易爆炸，出现危险，需要通风
(2)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
(3)b MnO2和Fe(OH)3
(4)避免产生CO等有毒气体 尾气中含有SO2等有毒气体
(5)ZnSO4、BaS、Na2S 4ZnSO4＋BaS＋3Na2S===BaSO4·4ZnS＋3Na2SO4
4．解析：(1)根据题目要求，结合图像在50 min时酸解率大于85%的氧化剂有KMnO4和KClO3，但KMnO4做氧化剂引入Mn2＋，对后续的物质分离造成干扰，故选用KClO3做氧化剂。产物中的Fe3＋可以催化H2O2的分解，所以采用H2O2做氧化剂时效率低。
(2)由题中信息可知，Ti元素的化合价并没有发生改变，该反应为非氧化还原反应，在酸性环境中，C、N元素的产物为CO2、NH，反应的离子方程式是TiO2＋＋CO(NH2)2＋2H2OTiO2＋CO2↑＋2NH。由于Fe3＋开始沉淀需要的溶液pH很小，直接通入NH3会使溶液pH快速增大，容易使Fe3＋沉淀，所以使用尿素而不直接通入NH3。
(3)由题中信息可知，制备CaTiO3为非氧化还原反应，根据元素守恒，剩余产物为HCl、H2O，反应的化学方程式是TiO2＋CaCl2·2H2OCaTiO3＋2HCl↑＋H2O↑。
(4)氢氧化铁为絮状沉淀不易从溶液中分离，所以不采用加入氨水调节pH制得Fe(OH)3。
答案：(1)KClO3 在温度较高时H2O2易分解(或产物中的Fe3＋可以催化H2O2的分解或H2O2氧化能力弱，其他答案合理也可)
(2)TiO2＋＋CO(NH2)2＋2H2OTiO2＋CO2↑＋2NH 避免将溶液中的Fe3＋沉淀
(3)TiO2＋CaCl2·2H2OCaTiO3＋2HCl↑＋H2O↑
(4)Fe(OH)3絮状沉淀不容易分离
5．解析：(1)滤渣A的主要成分是金、银，金不溶于硝酸。(2)
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为了避免溶液局部酸性过强，应缓慢加入稀硫酸，同时搅拌，并检测溶液的pH。(3)二氧化碲类似SO2，与氢氧化钠反应生成亚碲酸钠。“碱浸”时加入NaOH溶液，“沉碲”时加入稀硫酸，故滤液B经一系列操作后所得副产品是Na2SO4。(4)从影响化学反应速率的因素角度考虑，即从增大接触面积、升温、增大浓度等角度分析。“酸溶”时用到盐酸，温度高，盐酸挥发快。(5)二氧化硫是还原剂，还原四氯化碲生成碲、硫酸和盐酸。
答案：(1)加稀硝酸充分反应，过滤、洗涤、干燥
(2)缓慢加入稀硫酸，同时搅拌，并检测溶液的pH
(3)TeO2＋2OH－===TeO＋H2O Na2SO4
(4)粉碎阳极泥、加热、增大氢氧化钠溶液的浓度、搅拌等(任选两条) 温度过高，加快盐酸挥发，降低原料的利用率
(5)TeCl4＋2SO2＋4H2O===Te↓＋2H2SO4＋4HCl
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