2016年无机化工流程题汇编

2016年无机化工流程题汇编

1．(14分) 铜在自然界存在于多种矿石中。 Ⅰ.以硅孔雀石（主要成分为CuSiO3·2H2O，含少量SiO2、FeCO3、Fe2O3等杂质）为原料制 取硫酸铜的工艺流程如下：

H2SO4 MnO2

硅孔雀石 溶浸 浸出液 除杂 滤液

硫酸铜粗液

...

硫酸铜晶体

浸出渣 滤渣

已知：Fe3+、Cu2+和Fe2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、6.7和9.7。 （1）“溶浸”中CuSiO3·2H2O和H2SO4发生反应的化学方程式：

。 （2）“溶浸”中，选取浓度为20% H2SO4为浸出剂，铜的浸出率与浸出时间的关系见左图：

由图中数据可得，随着浸出时间的增长，① 、 ② 。 （3）“除杂”中，加入MnO2的作用是（用离子方程式表示）：

。“除杂”中需在搅拌下加入石灰乳以调节溶液的pH到3~4，沉淀部分杂质离子，分离得滤液。滤渣的主要成分为 。

Ⅱ.以黄铜矿（主要成分为CuFeS2）为原料炼制精铜的工艺流程如下：

焙烧 还原 电解精炼

黄铜矿 冰铜（Cu2S和FeS） 粗铜 精铜

高温

（4）“还原”工艺中其中一个反应为：Cu2S + 2Cu2O 6Cu + SO2↑，该反应的氧化剂

是 。 （5）粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，电解精炼铜时，阴极反应式为： 。请在上述上图中完成由粗铜电解得到精铜的示意图，并作相应标注。

2．(14分) 锰是冶炼工业中常用的添加剂。以碳酸锰矿（主要成分为MnCO3，还含有铁、镍、钴等碳酸盐

杂质）为原料生产金属锰的工艺流程如下：

(NH4)2S H2SO4 MnO2 氨水

Mn 滤液 除杂 电解 碳酸锰矿粉 滤液 溶浸 除杂

电解废水 滤渣1 滤渣2 Ⅲ Ⅳ ⅠⅡ 已知25℃，部分物质的溶度积常数如下： 物质 Ksp 1

Mn(OH)2 2.1×10-13 Co(OH)2 3.0×10-16 Ni(OH)2 5.0×10-16 MnS 1.0×10-11 CoS 5.0×10-22 NiS 1.0×10-22 （1）步骤Ⅰ中，MnCO3与硫酸反应的化学方程式是 。 （2）步骤Ⅱ中，MnO2在酸性条件下可将Fe2+离子氧化为Fe3+，反应的离子方程式为：

；加氨水调节溶液的pH为5.0-6.0，以除去Fe3+。 （3）步骤Ⅲ中，滤渣2的主要成分是 。

（4）步骤Ⅳ中，在 （填“阴”或“阳”）极析出Mn，电极反应方程式为： 。 （5）电解后的废水中还含有Mn2+，常用石灰乳进行一级沉降得到Mn(OH)2沉淀，过滤后再向滤液中加入

适量Na2S，进行二级沉降。进行二级沉降的目的是 。

3．(14分) 黄铜矿（CuFeS2）是制取铜及其化合物的主要原料之一。下图为模拟黄铜矿加工过程的流程图，其中炉渣的主要成分是FeO、Fe2O3、SiO2、Al2O3 。请回答下列问题：

（1）SO2可用于工业制硫酸，传统的硫酸制法反应之一见下列热化学方程式：

SO2(g) + NO2(g)

SO3(g) + NO(g) ；ΔH < 0

①在恒温密闭容器中，按物质的量之比为2︰1投入SO2和NO2，一定温度下反应达平衡，此时SO2和NO2的物质的量之比变为4:1，则该温度下反应的平衡常数K = __________。

②若其他初始条件相同，将恒温容器改为绝热容器，则达平衡时SO2的转化率与恒温容器中的相比将__________（填“变大”、“变小”或“不变”）。 （2）Cu2S熔炼制取粗铜的反应如下：

2Cu2S(s) + 3O2(g) = 2Cu2O(s) + 2SO2(g) ；ΔH = -768.2kJ·mol 2Cu2O(s) + Cu2S(s) = 6Cu(s) + SO2(g) ；ΔH = +116.0kJ·mol

则总反应Cu2S(s) + O2(g) = 2Cu(s) + SO2(g) 的ΔH = ________________。

（3）已知：Ksp(PbS) = 9.0 × 10-29，Ksp(ZnS) = 2.925 × 10-25。粗铜电解精炼废电解液中常含有Pb2+、Zn2+，

向其中加入Na2S溶液，当有PbS和ZnS沉淀共存时，c(Zn2+) : c(Pb2+) = 。 （4）溶液Ⅰ中Fe元素存在形式是_______。从溶液Ⅰ -1-1

…… Fe(OH)3的实验操作依次是：

氧化、调pH、过滤、洗涤……；检验Fe(OH)3是否洗净的方法是 。 （5）Na2FeO4和Zn可以组成碱性电池，其反应的离子方程式为：

――

3Zn + 2FeO42 + 8H2O ＝ 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4OH

请写出放电时正极的电极反应式________________________________________。

2

4．(14分) 废旧锂离子电池的回收利用意义重大，其正极废料的主要成分是LiCoO2、铝、炭黑及其他杂质，

回收利用的流程如下：

已知“溶液A”中主要金属离子是Co2+、Li+，还含有少量Fe3+、Al3+、Cu2+。 （1）步骤①中铝溶解的离子方程式为_______________________________________；

固体X的成分是___________。

（2）步骤②中LiCoO2固体溶解的化学方程式为 ； 该反应的还原剂是____________。

（3）实验表明溶液A中各种金属离子的沉淀率随pH的变化如图，除杂时加入氨水调节溶液pH，可除去的杂质离子是___________。 （4）母液中含量最大的三种离子是__________。 （5）从1000 g锂离子电池正极材料（Li元素含 量为5％）中可回收Li2CO3的质量为________ g。 （已知回收率为84％，Li2CO3化学式量为74）

5．（14分）为了预防碘缺乏症，国家规定每千克食盐中应含有40~50 mg碘酸钾。碘酸钾晶体具有较高的

稳定性，但在酸性溶液中，碘酸钾是一种较强的氧化剂，能跟某些还原剂反应生成碘；在碱性溶液中，碘酸钾能被氯气、次氯酸等更强的氧化剂氧化为更高价的碘的含氧酸盐。工业生产碘酸钾的流程如图所示。

碘、氯酸钾、水 混合反应 稀酸 酸化 加热 逐氯 加热 冷却 结晶①、过滤 NaOH溶液 稀H2SO4 浸出液 过滤 固体X 废渣 浸出渣溶液A ② 稀H2SO4、H2O2 ? 粗铝 正极废料(NH4)2C2O4 除杂 溶液B 母液 沉淀 Li2CO3固体 干燥 蒸发、结晶② 调pH 溶解 碘酸钾

试剂X

（1）碘在周期表中的位置为__________________；

水

（2）碘、氯酸钾、水混合反应时，若两种还原产物所得电子的数目相同，请配平该反应的化学方程式：

____I2+____KClO3+____H2O=____KH(IO3)2+____KCl+____Cl2↑；

（3）混合反应后，用稀酸酸化的作用是___________________________，在稀盐酸和稀硝酸中不能选用的

酸是_________，理由是__________________________________；

（4）试剂X的化学式为__________，写出用试剂X调pH的化学方程式__________________； （5）如果省略“酸化”、“逐氯”、“结晶①、过滤”这三步操作，直接用试剂X调整反应混合物的pH，对生

产碘酸钾有什么影响？________________________________________。

3

6. （14分）PbI2常用于生产新型敏化太阳能电池的敏化剂。工业上，用废铅块为原料合成PbI2的流程如下：

请回答下列问题：

（1）将铅块制成铅花的目的是 ；制备硝酸铅（或醋酸铅）时，需要加热，但温度不宜过高，其原因是 。

（2）写出铅花溶于5mol·L-1硝酸的化学方程式 ；制备硝酸铅时不用14mol·L-1硝酸与铅花反应，其原因是 。

（3）取一定量（CH3COO）2 Pb·n H2O样品在N2气氛中加热，测得样品固体残留率(

固体样品的剩余质量×100﹪)随温度的变化如图所示（已知：

固体样品的起始质量0～75℃反应的化学方程式

样品在75℃时已完全失去结晶水）。 ①（CH3COO）2Pb·nH2O在为 。

②100～200℃间分解产物为铅的氧化物和一种有机物。写出这个温度区间内反应的化学方程式______________________。

（4）已知常温下，Ksp(PbI2)=4.0×10-9 PbI2浊液中存在PbI2(s)

4

Pb2+(aq)+2I-(aq), c(Pb2+)= mol·L-1。

1．（1）CuSiO3·2H2O + H2SO4 ＝ CuSO4 + H2SiO3 + 2H2O

（2）① 铜的浸出率相应增加② 浸出时间超过24小时后，铜的 浸出率变化不是很明显 粗铜 （3）2Fe2+ + MnO2 + 4H+＝ 2Fe3+ + 2H2O + Mn2+

－

Fe(OH)3 （4）Cu2O、Cu2S （5）Cu2+ +2e＝Cu

2．（14分）（1）MnCO3+H2 SO4 ＝MnSO4+ CO2↑+H2O

精铜

(2) MnO2+2Fe2++4H+ ＝Mn2++2Fe3++2H2O (3) CoS和NiS （4）阴 Mn2++2e- ＝Mn

（5）沉降得到MnS，以进一步去除废水中的Mn2+

3．（14分；各2分）（1）1 变小 （2）－217.4kJ/mol （3）3250

（4）Fe2+、Fe3+ 取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化，再加入硝酸银溶液，若无沉淀产生，证明已洗净

－－－

（5）2FeO42+ 6e+ 8HO = 2Fe(OH)3+ 10OH 4、

2

5．（14分）

（1）第五周期 第ⅦA族（2分）

（2）6I2+11KClO3+3H2O=6KH(IO3)2+5KCl+3Cl2↑（2分）

（3）促进氯气从反应混合物中逸出（2分）稀盐酸（2分） 盐酸能还原已生成的碘酸氢钾（2分） （4）KOH（1分） KH(IO3)2+KOH=2KIO3+H2O（1分）

（5）反应产生的氯气能与氢氧化钾溶液反应生成KClO，KClO能将KIO3氧化成KIO4，从而不能得到碘

酸钾（2分）

6. （14分）CH3COOH（1）增大反应物的接触面积，加快反应速率(2分) 温度过高，导致HNO3挥发分解、挥发(2分)

（2）3Pb+8HNO3=3Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O (2分)含等物质的量HNO3时，浓硝酸溶解的铅较少，且放出的污染气体较多(2分)

3H2O===(CH3COO)2Pb+3H2O(2分) （3）①(CH3COO)2Pb·

100~2000C

②(CH3COO)2Pb=======PbO+(CH3CO)2O(2分)

10-3(2分) （4）1.0×

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