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专题11化工流程（一）（金属）1．有关“未来金属”钛的信息有：①硬度大②熔点高③常温下耐酸碱、耐腐蚀④铁矿炼钛的一种工业流程为：（1）钛铁矿的主要成分是FeTiO3（钛酸亚铁），其中钛的化合价为_______价，反应①化学方程式为_______。（2）TiCl4在高温下与足量Mg反应生成金属Ti，反应③化学方程式为_________，属于______（填反应类型），该反应_____（填“能”或“不能”）说明Mg的金属活动性强于Ti．（3）上述冶炼方法得到的金属钛中会混有少量金属单质是______（填名称），由前面提供的信息______（填序号）知，除去它的试剂可以是以下试剂中的_________（填序号）A：HClB：NaOHC：NaClD：H2SO4（4）氯化过程中主要发生的反应为2FeTiO3+6C+7Cl2====2TiCl4+2X+6CO，则X的化学式为：___________。【答案】+42FeTiO3+CCO2↑+2Fe+2TiO22Mg+TiCl42MgCl2+Ti置换反应或者氧化还原反应能镁③ADFeCl3【解析】（1）钛酸亚铁FeTiO3，Fe元素为+2价，O元素为-2价，设Ti元素为x价，可知(+2)+x+(-2)×3=0，解得x=+4，钛的化合价为+4价，根据流程图可知反应①中，反应物是C和FeTiO3，生成物为CO2、Fe和TiO2，因而①化学方程式为2FeTiO3+CCO2↑+2Fe+2TiO2；（2）TiCl4在高温下与足量Mg反应置换出金属Ti，反应③化学方程式为2Mg+TiCl42MgCl2+Ti，单质和化合物反应得到另一个单质和化合物，可知该反应属于置换反应，同时该反应镁元素和钛元素化合价变化，也为氧化还原反应，Mg能从钛盐置换出Ti，说明Mg的金属活泼性强于Ti；（3）上述冶炼方法得到的金属钛时，可能有部分Mg未反应完，因而混有少量的金属镁，要证实上述猜测，可根据镁属于活泼金属，易于酸反应，因而可用HCl和H2SO4，即选AD；（4）根据化学反应中元素的种类和原子的个数守恒可知，X中含有Fe元素和Cl元素，同时Cl有3个，可推知X为FeCl3。2．二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物。平板电脑显示屏生产过程中有大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质)产生。某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：(1)滤渣A的主要成分是_____________；洗涤滤渣A除去的阳离子主要是________(填离子符号)，检验该离子是否洗净的操作是________________________；(2)步骤②中反应的离子方程式是_____________________；(3)萃取是分离稀土元素的常用方法。已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP________(填“能”或“不能”)与水互溶。实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有________、烧杯、玻璃棒、量筒等；(4)步骤④中反应化学方程式为______________________________。【答案】SiO2、CeO2Fe3＋取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净；反之，未洗净2CeO2+H2O2+6H＋=2Ce3＋+O2↑+4H2O不能分液漏斗4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4【解析】(1)根据上述分析可知，加入稀盐酸时，Fe2O3与HCl反应产生FeCl3和水，SiO2、CeO2不能溶解，进入滤渣A中，因此滤液A的主要成分是Fe2O3与HCl反应产生的Fe3＋；检验Fe3+的方法是取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则证明沉淀已洗净；反之，沉淀未洗净；(2)稀硫酸、H2O2，CeO2三者反应生成转化为Ce2(SO4)3、O2和H2O，反应的离子方程式为：6H++H2O2+2CeO2=2Ce3++O2↑+4H2O；(3)化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，萃取剂与水互不相容，而且Ce3+在萃取剂中的溶解度比在水中的大，所以TBP不能与水互溶；实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有分液漏斗、烧杯、玻璃棒、量筒等；(4)Ce(OH)3与O2、H2O在加热时发生氧化还原反应，Ce(OH)3被氧化为Ce(OH)4，根据原子守恒、电子守恒，可得反应的化学方程式：4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4。3．化学来源于生活又服务于生活，化工生产是指对原料进行化学加工，最终获得有价值的产品的生产过程。某研究小组利用含硫酸亚铁和硫酸铜的工业废料制备铁红(氧化铁)和硫酸铵晶体。流程如下：请回答下列问题：(1)操作I的名称________________，滤渣的成分为__________________。(2)简述下列实验操作：①检验溶液A中金属阳离子的方法为____________________________________________________；②检验固体B是否洗涤干净的方法是____________________________________________________。(3)请写出溶液A中反应的离子方程式_______________________________________________________(4)测定废料中硫酸铜的质量分数：称取ag废料样品，将操作I得到的滤渣用足量的稀硫酸溶解、过滤、洗涤、干燥，称得固体的质量为bg，则废料中硫酸铜的质量分数为_______________(写出表达式。)(5)某同学提出另一种制备铁红的方法：往工业废水中加入足量的硫酸和双氧水，通过下列操作也可以得到铁红，请配平下列离子方程式_____Fe2++_____H2O2+_____H+=_____Fe3++____H2O【答案】过滤FeCu取少量液体于试管中，滴加少量的酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾的紫红色褪去，证明含有Fe2+；取最后一次洗涤液少许于试管中，加入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则已洗涤干净10H2O+8NH3+O2+4Fe2+=4Fe(OH)3+8NH4+(5b/2a)×100%21222【解析】硫酸亚铁和硫酸铜中加入硫酸和过量的铁粉，铁和硫酸铜反应置换出铜，所以溶液A为硫酸亚铁，滤渣为铁和铜。溶液A中通入氨气和氧气，硫酸亚铁和氨气和氧气反应生成氢氧化铁和硫酸铵，固体B为氢氧化铁，氢氧化铁固体加热得到氧化铁。(1)操作I是分离固体和液体，所以为过滤；滤渣为Fe和Cu；(2)①溶液A中的阳离子为亚铁离子，可以利用其还原性，使用酸性高锰酸钾溶液进行检验，操作为：取少量液体于试管中，滴加少量的酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾的紫红色褪去，证明含有Fe2+；②固体B为氢氧化铁，可能吸附有硫酸根离子，所以检验固体是否洗净，就是检验最后一次的洗涤液是否含有硫酸根离子，操作方法为：取最后一次洗涤液少许于试管中，加入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则已洗涤干净；(3)硫酸亚铁和氨气和氧气反应生成硫酸铵和氢氧化铁沉淀，离子方程式为：10H2O+8NH3+O2+4Fe2+=4Fe(OH)3+8NH4+；(4)操作I得到的滤渣为铁和铜，用足量的硫酸溶解后，得到的固体为铜，则根据硫酸铜和铜的关系分析，铜的质量为bg，则硫酸铜的质量为g=5b/2g，硫酸铜的质量分数为(5b/2a)×100%；(5)反应中亚铁离子的化合价从+2价升高到+3价，改变1价，过氧化氢中的氧元素的化合价从-1降低到-2价，所以二者的比例为2:1，再根据原子守恒和电荷守恒配平，该离子方程式为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。4．湿法炼锌厂在除杂过程中会产生大量铁矾渣。某黄钾铁矾渣主要含有K2Fe6(SO4)4(OH)12、ZnO·Fe2O3及少量CaO、MgO、SiO2等。一种由黄钾铁矾渣制备复合镍锌铁氧体(NiZnFe4O8)的流程如下：回答下列问题(1)滤渣I的主要成分是___________。(2)净化除杂阶段加入Fe粉时发生反应的离子方程式为___________、___________。已知：25℃时Ksp(CaF2)=2.7×10－11，Ksp(MgF2)=6.4×10－19。加入NH4F使Ca2+、Mg2+离子沉淀，若沉淀后溶液中c(Ca2+)=2.7×10－6mol·L－1，则c(Mg2+)=___________mol·L－1。(3)在Fe2+、Ni2+、Zn2+共沉淀过程中，三种离子的损失浓度与pH的关系曲线如图所示，pH与n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)的关系曲线如图所示。为提高原料利用率，n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在___________左右；按此比例，若以Me代表Fe、Ni、Zn元素，则生成MeCO3·2Me(OH)2·H2O沉淀的化学反应方程式为___________。(4)铁氧体工艺阶段制备NiZnFe4O8过程中，需加入___________剂(填“氧化”或“还原”)。按照上述流程，一座10万吨规模的锌厂每年产生黄钾铁矾渣约5万吨，Fe3+含量为27%，理论上每年可制备复合镍锌铁氧体(NiZnFe4O8，M=476g·mol－1)___________万吨(保留两位有效数字)【答案】SiO22Fe3++Fe=3Fe2+Fe+2H+=Fe2++H2↑6.4×10-142.03MeSO4+6NH4HCO3=MeCO3·2Me(OH)2·2H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑氧化4.3【解析】（1）SiO2不和硫酸反应，因而滤渣Ⅰ为SiO2。（2）净化除杂阶段加入Fe粉与过量的稀硫酸置换出氢气，与Fe3+发生氧化还原反应，因而离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+，Fe+2H+=Fe2++H2↑。Ksp(CaF2)=c(Ca2+)c2(F-)，带入数据，根据溶液中的钙离子浓度可以求出c(F-)=10-2.5mol/L，再根据Ksp(MgF2)=c(Mg2+)c2(F-)，解得c(Mg2+)=6.4×10-14mol/L。（3）观察图1可知pH=7.2时，三种离子的损失浓度最大，即沉淀达到最大值，因而此时的pH值最合理，结合图2，当pH等于7.2时，n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)等于2.0，说明n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在2.0左右。根据滤液Ⅱ配料，可知阴离子还有SO42-，因而反应物为MeSO4和NH4HCO3，Me2+和HCO3-要发生双水解，除了信息给的沉淀，产物还有CO2和(NH4)2SO4，因而化学方程式为3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO3·2Me(OH)2·2H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑。（4）流程前期操作得到的是Fe2+，而铁氧体工艺阶段得到的NiZnFe4O8铁元素是+3价，说明需要加入氧化剂。因2Fe3++Fe=3Fe2+，说明3n(Fe3+)=2n(Fe2+)，可知3m(Fe3+)=2m(Fe2+)，所以流程中共加入铁元素的质量为5×0.27×3/2=2.025万吨，而NiZnFe4O8铁元素质量分数为56×4/476=47％，因而NiZnFe4O8的质量为2.025÷47％=4.3万吨。5．七水硫酸锌别名皓矾，常用作媒染剂、收敛剂、木材防腐剂，在医药上用于催吐剂。工业上由氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO3、FeCO3、CuO等）生产ZnSO4·7H2O的流程如下：请回答下列问题：（1）氧化锌矿粉碎过筛的目的是_____；滤渣X的成分是____。（2）步骤Ⅱ中发生反应的离子方程式为________。（3）“除铁”加入试剂M调节溶液的pH，试剂M可以为____（填化学式）；已知：Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10−39，沉铁过程中要使溶液中c(Fe3+)≤1.0×10−5mol·L−1，必须控制溶液的pH≥_____。[lg2.6=0.4]（4）步骤Ⅲ加入锌粉的目的是_____，