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专题12最佳条件选择专练1．CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：（1）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)①按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图3所示。此反应优选温度为900℃的原因是________。【答案】900℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低【解析】①根据图3得到，900℃时反应产率已经比较高，温度再升高，反应产率的增大并不明显，而生产中的能耗和成本明显增大，经济效益会下降，所以选择900℃为反应最佳温度。2．一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3，还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下：已知：①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Al3+、Mn2+、Ca2+、Mg2+等②部分阳离子开始沉淀和完全沉淀的pH见下表③CoCl2·6H2O熔点86℃，易溶于水、乙醚等；常温下稳定，加热至110~120℃时失去结晶水变成无水氯化钴。(1)加萃取剂的目的是___________；金属离子在萃取剂中的萃取率与pH的关系如图，据此分析pH的最佳范图为___________(填字母序号)。A.2.0~2.5B.3.0~3.5C.4.0~4.5D.5.0~5.5【答案】除去溶液中的Mn2+B【解析】（1）根据流程图可知，存在Mn2+、Co2+金属离子的溶液中，加入萃取剂的目的是除去溶液中的Mn2+；由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知，调节溶液PH在3.0～3.5之间，故选B。3．镍钴锰酸锂电池是一种高功率动力电池。采用废旧锂离子电池回收工艺制备镍钴锰酸锂三元正极材料(LiNi1－x－y)CoxMnyO2)的工艺流程如下：回答下列问题：（1）溶液温度和浸渍时间对钻的浸出率影响如图所示：则浸出过程的最佳条件是__________。【答案】75℃、30min【解析】（1）由图可知，在75℃、30min条件下钴的浸出率最高。4．工业上以软锰矿(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰(MnCO3)。其工业流程如下：(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如右图所示，为减少MnS2O6的生成，“浸锰”的适宜温度是_______。(2)向过滤Ⅱ所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度控制在30-35℃，温度不宜太高的原因是_______。【答案】90℃防止NH4HCO3受热分解，提高原料的利用率【解析】(1)分析图象可知温度在90℃以后MnS2O6的生成率较低，锰的浸出率较高，且温度较低节约能源，故浸锰的适宜温度为90℃；(2)铵盐受热分解，向过滤所得的滤液中加入碳酸氢铵溶液，温度控制在30-35℃的原因是防止NH4HCO3受热分解，提高原料的利用率。5．磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一，作为信息产业和机电工业的重要基础功能材料，磁性材料广泛用于电子信息、军事技术等领域。碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体，工业上以软锰矿(主要成分为MnO2)和黄铁矿(主要成分为FeS2)为主要原料制备碳酸锰的主要工艺流程如下：已知：几种金属离子沉淀的pH如下表。Fe2＋Fe3＋Cu2＋Mn2＋开始沉淀的pH7.53.25.28.8完全沉淀的pH9.23.77.810.4回答下列问题：（1）下图为黄铁矿的质量分数对锰浸出率的影响，仅据图中信息，黄铁矿的质量分数应保持在________％左右。【答案】40【解析】（1）由图可读出，黄铁矿的质量分数应保持在40％左右.6．氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下已知：①菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。②相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol/L形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：③常温下，CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10－10、7.42×10－11。回答下列问题：（1）分析下列图1、图2、图3，氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：焙烧温度为_________、氯化铵与锰矿粉的质量之比为_________、焙烧时间为_________。【答案】500℃1.1060min【解析】（1）氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：焙烧温度为500℃、氯化铵与锰矿粉的质量之比为1.10、焙烧时间为60min。7．某含锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等。已知FeCO3、MnCO3难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，主要流程如下：(1)保持其他条件不变，在不同温度下对含锰矿物进行酸浸，锰浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为________℃、______min。【答案】70℃120min【解析】(1)根据锰浸出率随时间变化图表信息可知，温度低，锰浸出率低，温度为90℃时，锰浸出率与70℃相差无几，锰浸出率最佳条件：时间在120min，温度为70℃，锰浸出率最好；综上所述，本题答案是：70℃，120min。8．粉煤灰（主要含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等）是燃煤发电过程中产生的废渣，粉煤灰的综合利用具有很大的价值。Ⅰ．研究人员通过实验对粉煤灰中铝和铁元素的分离工艺进行了研究。（1）使用碱性较弱的氨水为pH调节剂，进行分离实验。①氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为_____。②反应终点的pH对铝和铁分离效果的影响如下图。根据实验结果，为达到好的分离效果，反应过程中控制pH的范围是______________，选择该范围的理由是___________________。【答案】3NH3·H2O＋Al3+Al(OH)3↓＋3NH4+略小于5铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀【解析】（1）①一水合氨是弱碱，与铝离子反应生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为：3NH3·H2O＋Al3+Al(OH)3↓＋3NH4+；综上所述，本题答案是：3NH3·H2O＋Al3+Al(OH)3↓＋3NH4+。②由图可知：pH略小于5时，Al的沉淀率较高（接近90%），而Fe的沉淀率较低（小于10%），当pH大于5时，Fe的沉淀率突然增大，且Al的沉淀率无明显变化，所以反应过程中控制pH略小于5；综上所述，本题答案是：略小于5，铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀。9．钛(22Ti)由于其特殊的性能被誉为“未来世纪的金属”。钛铁矿主要成分为FeTiO3（含有少量MgO、SiO2等杂质），Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿来制备，工艺流程如下：(1)过程①中，铁的浸出率结果如图所示。由图可知，当铁的浸出率为80%时，所采用的实验条件是_________。(2)过程②中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成(NH4)2Ti5O15溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示，反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是___________。【答案】100℃3小时温度过高，双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降【解析】（1）由图中三条曲线可得，当铁的浸出率为80%时，应为100℃、约浸取3小时。（2）由于二氧化钛与氨水、双氧水反应生成(NH4)2Ti5O15时，温度过高，双氧水和氨水都容易分解(双氧水分解与氨气逸出)，所以反应温度过高时，Ti元素浸出率下降。10．钴被誉为战略物资，有出色的性能和广泛的应用。以水钴矿（主要成分为Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等）为原料制备CoCl2·6H2O的工艺流程如图所示：回答下列问题：Ⅰ．“酸浸”（1）钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如下图所示。综合考虑成本，应选择的最佳工艺条件为_________、_________；滤渣①的主要成分为__________。【答案】12h90℃SiO2（二氧化硅）【解析】(1)根据钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系，推出在12h、90℃时钴的浸出率最高；根据水钴矿的成分，SiO2是酸性氧化物，不与酸反应，即滤渣①的主要成分是SiO2。11．一种以含镍废料（含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2）为原料制取醋酸镍的工艺流程图如下：（1）保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间为_______________。【答案】70℃和120min【解析】根据以上分析，（1）由图象可知，为70℃、120min时，酸浸出率最高，故答案为：70℃和120min。12．以黄铁矿为原料制备硫酸会产生大量的废渣，合理利用废渣可以减少环境污染，变废为宝。工业上，可利用废渣(含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量CaO和MgO)制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，具体生产流程如下。已知:铵黄铁矾的化学式为(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12。（1）根据下图有关数据，你认为工业上氧化操作时应控制的最佳温度和pH是：______。【答案】80℃，pH=1.5【解析】（4）分析图象可知在80℃时溶液PH=1.5，此时亚铁离子的氧化率在90%以上，时间在4h左右。13．铜的电解实现了铜与杂质的分离，也造成了一部分资重金属进入阳极泥中，通过对阳极泥的综合处理可以回收可观的宝贵金属。稀散元素硒和碲广泛用于治金工业、电子工业、国防工业、医学和农业等领域，需求量越来越大。电解精炼铜的阳极泥主要成分为Cu2Se、Cu2Te和少量金属单质Au等，工业上从其中同收碲、硒的一种工艺流程如图:已知:TeO2是两性氧化物，Se和TeO2的物理性质如下表:物理性质熔点沸点水溶性Se221℃685℃难溶于水TeO2733℃1260℃微溶于水(1)“沉碲”时控制溶液的pH为4.5-5.0，生成TeO2沉淀。如果H2SO4过量，溶液酸度过大，将导致“沉碲”不完全，原因是______________。(2)过滤所得粗硒中含有Ni、Fe、Cu等杂质，可采用真空蒸馏的方法进行提纯，获得纯硒。真空蒸馏的挥发物中硒含量与温度的关系如图所示。蒸馏操作中控制的最佳温度是_____(填序号)a.455℃b.462℃c.475℃d.515℃【答案】TeO2是两性氧化物，H2SO4过量会导致TeO2继续与H2SO4反应导致损失c【解析】（4）TeO2与盐酸反应生成TeCl4，之后被SO2还原成Te，SO2的氧化产物为H2SO4，反应方程式为：TeCl4+2SO2+4H2O=Te+4HCl+2H2SO4。（1）TeO2是两性氧化物，因此H2SO4过量会导致TeO2继续与H2SO4反应导致损失。（2）从硒含量与温度的关系图知，蒸馏操作中控制的最佳温度是475℃，故选c。14．工业上用含三价钒（V2O3）为主的某石煤为原料（含有Al2O3、CaO等杂质），钙化法焙烧制备V2O5，其流程如下：（资料）：+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系：pH4~66~88~1010~12主要离子VO2+VO3−V2O74−VO43−（1）酸浸：①酸度对钒和铝的溶解量的影响如下图所示：酸浸时溶液的酸度控制在大约3.2%，根据下图推测，酸浸时不选择更高酸度的原因是________________________________________。（2）转沉：将浸出液中的钒转化为NH4VO3固体，其流程如下：①向(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH＝7.5。当pH＞8时，NH4VO3的产量明显降低，原因是_________________________________________。【答案】酸度大于3.2％时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大pH＞8时，钒的主要存在形式不是VO3−【解析】（1）①根据图像变化可知：酸度大于3.2％时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大，因此酸浸时不