高中化学《化学工艺流程》大题专练第1篇

《化学工艺流程》大题专练1

1．铋（Bi）及其化合物广泛应用于电子、医药等领域。一种以含铋矿石---辉铋矿（主要成分为Bi₂S₃，含少量杂质PbO₂等）为原料，采用湿法冶金制备铋单质的工艺流程如下：

已知：PbCl₂是一种难溶于冷水，易溶于热水的白色固体。回答下列问题：

(1)铋（Bi）位于ⅤA族，铋的氢化物的热稳定性______氨气（填“大于”或“小于”）。

(2)“浸出”时，为了提高浸出速率，可采用的措施有______（任写一条）

(3)加热浸出时，PbO₂生成PbCl₂和一种气体，此反应的化学方程式为               ，从产物中分离回收PbCl₂的步骤是______、洗涤、干燥。从保护环境和原料循环利用的角度，请指出上述工艺流程中可以采取的措施为                     。

(4)电解精炼粗铋时必须补充含Bi³⁺浓度高的电解液。可用粗铋、铅条作为两个电极，铅条外用素烧的陶瓷坩埚作隔膜（Bi³⁺不能透过，H⁺能透过），电解液开始时为盐酸和食盐的混合液。则粗铋为电解池的______极，电解总反应为            。

(5)25℃时，向浓度均为0.02mol·L⁻¹的Cu²⁺、Bi³⁺的混合溶液中滴加Na₂S溶液（设溶液体积增加1倍），使Cu²⁺恰好沉淀完全，即溶液中c(Cu²⁺)=1×10⁻⁵mol·L⁻¹，此时是否有Bi₂S₃沉淀生成______(列式计算说明)。（已知：25℃时，Ksp（CuS）=6.0×10⁻³⁶、Ksp（Bi₂S₃）=1.8×10⁻⁹⁹）

答案：(1)小于   

(2)粉碎矿石、搅拌、适当提高温度、适当提高溶液浓度等

(3)PbO₂+4HClPbCl₂+Cl₂↑+2H₂O    

冷却、过滤   

 “浸出”时生成的氯气，通入置换液中生成三氯化铁循环利用    

(4)阳    2Bi＋6HCl2BiCl₃＋3H₂↑

(5)Q_c(Bi₂S₃)=(0.01)²×(6.0×10⁻³⁶÷1×10⁻⁵)³=2.16×10⁻⁹⁵>K_sp(Bi₂S₃)=1.8×10⁻⁹⁹，故有Bi₂S₃沉淀生成

解析：辉铋矿(主要成分是Bi₂S₃、还含PbO₂杂质)制备铋酸钠，辉铋矿加入氯化铁溶液和盐酸溶解后过滤，氯化铁氧化硫离子为硫单质：Bi₂S₃+6FeCl₃=2BiCl₃+6FeCl₂+3S，盐酸是防止FeCl₃及BiCl₃水解生成不溶性沉淀，所以得到滤渣为S，滤液中含有Bi³⁺，H⁺，Pb²⁺，滤液冷却结晶可以得到PbCl₂，然后回收铅；再次过滤得到的滤液中加入铁粉过滤得到海绵铋，置换液主要是氯化亚铁；对海绵铋进行熔铸、精炼得到金属铋；置换液中再通入氯气得到氯化铁溶液可以循环使用。

(1)同周期，从上往下，氢化物的稳定性逐渐降低，故铋的氢化物的热稳定性小于氨气；

(2)为了提高浸出率，可采取的措施有将矿石粉粹、搅拌，以增大接触面积，也可适当增大氯化铁溶液的浓度、适当升高温度等；

(3)浸出时，PbO₂生成PbCl₂，Pb的化合价降低，则浸出液中HCl化合价升高生成Cl₂，化学方程式为PbO₂+4HCl=PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O；由于PbCl₂难溶于冷水，易溶于热水，可对滤液进行冷却结晶然后过滤分离回收PbCl₂；置换液为FeCl₂，可将浸出时产生的Cl₂通入置换液中，使FeCl₂转化为FeCl₃循环利用，同时防止污染环境；

(4)电解时金属铋需要被氧化生成Bi³⁺，电极池中阳极得电子发生氧化反应，所以粗铋为电解池的阳极；阴极得电子发生还原反应，根据电解质溶液中的离子种类可知阴极应是氢离子得电子生成氢气，所以电解总反应为2Bi＋6HCl====2BiCl₃＋3H₂↑；

2．以高硫铝土矿(主要成分为Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂，少量FeS₂和金属硫酸盐)为原料，生产Al(OH)₃并获得Fe₃O₄的部分工艺流程如图：

(1)焙烧过程均会产生SO₂，用于吸收SO₂的试剂可以是______。

(2)添加1% CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。

已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃

硫去除率=(

)×100%

①500℃焙烧(不添加CaO的矿粉)时，去除的硫元素主要来源于______。

②700℃焙烧时，添加1% CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低的主要原因是          。

(3)向含大量AlO的滤液中通入过量CO₂，得到Al(OH)₃白色沉淀，发生该反应的离子方程式为              。

(4)FeS₂与滤渣中Fe₂O₃在缺氧条件下焙烧生成Fe₃O₄和SO₂，理论上1mol FeS₂完全参与反应生成的Fe₃O₄的物质的量为______mol。

答案：(1)NaOH溶液、Na₂SO₃溶液    (2)FeS₂    硫元素转化为CaSO₄而留在矿粉中  (3)AlO+CO₂+2H₂O=Al(OH)₃↓+HCO    (4)11

解析：高硫铝土矿生产Al(OH)₃并获得Fe₃O₄，由流程可知，矿粉中通入空气、加入氧化钙焙烧，其中氧化钙和二氧化硫反应生成亚硫酸钙，和二氧化硅反应生成硅酸钙，加入氢氧化钠溶液碱浸其中氧化铝溶解生成偏铝酸钠溶液，过滤得到滤液为偏铝酸钠溶液，焙烧时Fe₂O₃与FeS₂混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe₃O₄和SO₂，滤液与足量二氧化碳反应生成氢氧化铝。

(1)吸收过量SO₂可以用NaOH溶液或Na₂SO₃溶液；

(2)①不添加CaO的矿粉中S元素来源是FeS₂和金属硫酸盐，多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃，所以可判断焙烧过程中S元素主要来源是FeS₂；②700℃焙烧时，添加1% CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，考虑加入CaO可能使S转化为CaSO₄，形成的硫酸盐分解温度较高，所以会导致S的脱除率降低；

(3)向含AlO的滤液中通入过量CO₂，得到Al(OH)₃和HCO，离子方程式为AlO+CO₂+2H₂O=Al(OH)₃↓+HCO；

3．著名化学家徐光宪在稀土领域贡献突出，被誉为“稀土界的袁隆平”。钇是稀土元素之一，我国蕴藏着包矿石

，工业上通过如图所示工艺流程制取氧化钇，并获得副产物铍。

已知：i.钇（Y）的常见化合价为+3；

ⅱ.铍和铝处于元素周期表的对角线位置，化学性质相似；

ⅲ.相关金属离子

形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表：

(1)①滤渣D的主要成分是                       （填化学式）。

②试剂A可以是                       （填标号）。

A. NaOH溶液     B.氨水           

C.CO₂                D.CaO

(2)用氨水调节pH=a时4的取值范围是                     。

(3)计算常温下

的平衡常数K=     （常温下

）。

(4)滤液Ⅲ加入氨水产生沉淀的离子方程式为                  。