题型三 工艺流程图题
基础作业
1.铝是一种重要金属,从铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2等)中冶炼Al的工业生产流程如图所示:
(1)操作Ⅰ的名称是 。
(2)溶液A中含有的阳离子为Al3+、Fe3+和 (填离子符号)。
(3)电解氧化铝时还会生成一种气体,该反应的化学方程式为 。
(4)溶液C中含有Na2CO3,则该生产流程中可循环使用的物质除NaOH外,还有 、 。
2.某化学活动小组在实验室以MnO2固体为原料制取少量MnCO3,基本流程如下:
已知:MnSO4可溶于水;MnCO3难溶于水且在100 ℃时开始分解。
(1)操作a的名称为 。
(2)反应①中生成物只有MnSO4,该反应的化学方程式为 。
(3)产品MnCO3(Ⅱ)比MnCO3(Ⅰ)更纯净,原因是产品MnCO3(Ⅰ)经过洗涤、烘干以后,除去了表面附着的 和 。
(4)烘干MnCO3时需要控制的条件是 。
3.某同学以金泥(含有Au、CuS、ZnS等)为原料制备Au和Cu的流程如图所示:
已知:①预处理的主要目的是将含硫化合物转化为氧化物。
②热空气流充分加热的目的是将Cu、Zn转化为氧化物,并完全分离出ZnO烟尘。
(1)“预处理”中会产生SO2,若SO2直接排放,会导致 。
(2)“过程Ⅱ”产生的固体a中,除CuO外一定还有的物质是 。
(3)“过程Ⅲ”分离Au的操作是 ,加入过量稀硫酸的目的是 。
(4)“系列进程”中有一步是向滤液中加入过量铁粉,这一步生成气体的化学方程式为 ,该反应属于 (填写基本反应类型)。
(5)ZnO烟尘可用NaOH溶液吸收,该反应生成偏锌酸钠(Na2ZnO2)和H2O的化学方程式为 。
4.硫酸锌可制备各种含锌材料,在防腐、医学上有很多应用。菱锌矿的主要成分是ZnCO3,还含有少量的二氧化硅和氧化铁。以菱锌矿为原料制备ZnSO4·7H2O的工艺流程如下图所示。(二氧化硅难溶于水,也不与稀硫酸反应)
ZnSO4·7H2O
回答下列问题:
(1)菱锌矿属于 (选填“纯净物”或“混合物”)。
(2)“酸浸”中观察到的现象是 。
(3)滤液1中含有的阳离子是 (填离子符号)。
(4)“转化”中加入足量锌粉,反应的化学方程式有Zn+Fe2(SO4)3ZnSO4+2FeSO4和 。
(5)下列说法正确的是 (填字母)。
A.“粉碎”是为了使菱锌矿在“酸浸”中与稀硫酸充分反应
B.在“转化”中加入锌粉,若无气泡冒出,说明锌粉已足量
C.滤渣甲、滤渣乙均能与稀硫酸反应产生气体
D.滤液2的质量一定比滤液1的质量大
5.柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易被吸收的补血剂。利用硫酸厂的废渣(主要含Fe2O3、Fe3O4,还有少量SiO2)制备柠檬酸亚铁,该工艺流程如图所示,回答下列问题:
资料1:Fe3O4+4H2SO4Fe2+FeSO4+4H2O;Fe+Fe2。
资料2:SiO2不溶于水,也不与稀硫酸反应。
(1)柠檬酸亚铁进入人体肠道后以 (填阳离子符号)的形式被吸收,达到补血效果。
(2)固体C的成分是 。
(3)步骤①②③④中涉及置换反应的是 (填序号)。
(4)步骤③中发生反应的化学方程式是 。
(5)“一系列操作”中,将柠檬酸亚铁晶体与溶液分离的操作是 。
6.镁、纯碱在工业生产中有广泛的用途。某地的菱镁矿中主要含MgCO3及少量FeCO3、Al2O3和SiO2,以菱镁矿等为原料制取镁、纯碱的工艺流程如图。请回答下列问题:
(1)在反应①中,为了加快反应速率,选用 (选填“块状”或“粉末状”)菱镁矿:写出菱镁矿中碳酸镁与盐酸反应的化学方程式: 。
(2)向饱和食盐水中通入NH3、CO2气体时,需加压通入的气体是 ;在反应②③中均发生 (填基本反应类型)。
(3)此工艺条件下,金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示:
金属离子 Mg2+ Al3+ Fe3+
开始沉淀的pH 8.9 3.4 1.5
沉淀完全的pH 10.9 4.7 2.8
向a溶液中通入足量空气后,溶液中 元素化合价发生了改变:向b溶液中加MgO调节溶液pH,调pH的范围为 。
7.太空空间站是供航天员长期生活的全封闭场所。为保证航天员正常的生命活动,空间站内的空气需与我们周围的空气组成相近,要获得这种空气主要采用以下循环系统:
(1)空间站内空气中含量最多且不会被航天员消耗的气体是 (填化学式),补充氧气的化学反应有 (填序号)。空间站用活性炭净化空气,是利用它的 性。
(2)反应④的化学方程式是 ;此系统中循环利用的物质有 。
素养作业
8.某化学兴趣小组根据侯氏制碱法原理,探究利用CaCl2、NH3、H2O、CO2制备氯化铵(NH4Cl)。已知:NH3极易溶于水得到氨水,通入CO2时发生如下反应:2NH3+H2O+CO2(NH4)2CO3。其具体流程设计如下:
回答下列问题:
(1)该流程最终产物可作为肥料的是 。
(2)操作Ⅰ的名称是 , 要用到的玻璃仪器有漏斗、 (写一种)等。
(3)第③步反应的化学方程式为 ,该反应属于 (填基本反应类型)。
9.某工厂的金属废料中含有铜、铁、金等金属单质,为回收铜和金并得到氧化铁,工作人员设计了下图所示的工艺流程。
(1)滤液A的溶质为 (写化学式)。
(2)固体A与空气加热发生化学反应,写出反应后的生成物与适量稀硫酸反应的化学方程式: 。
(3)操作1和操作2为同一操作,两操作中用到的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和 。
(4)往滤液B中加入的物质X是 。
10.(2023·赣州模拟)以冰铜(主要成分为FeS和Cu2S)为原料制备CuSO4的主要工艺流程如下图:
(1)冰铜粉碎的目的是 。
(2)侧吹炉中发生反应:Cu2S+O22Cu+SO2,其基本反应类型为 反应。
(3)粗铜(含Fe、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,需用到硫酸铜溶液,其中能与硫酸铜发生反应的金属是 。
(4)酸浸槽中生成硫酸铜的反应的化学方程式为 。
【参考答案】
1.(1)过滤 (2)H+ (3)2Al2O33O2↑+4Al
(4)CaO CO2
【解析】(1)操作Ⅰ是分离固体和液体的操作,其名称是过滤。
(2)铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2等)中加入过量盐酸,氧化铝与盐酸反应生成氯化铝和水,氧化铁与盐酸反应生成氯化铁和水,然后过滤得到的溶液A中含有的溶质为氯化铝、氯化铁和过量的HCl,故溶液A中含有的阳离子为Al3+、Fe3+和H+。
(3)根据质量守恒定律,反应前后元素种类不变,氧化铝中含有氧元素和铝元素,所以生成物为铝和氧气,即氧化铝通电生成铝和氧气,该反应的化学方程式为2Al2O33O2↑+4Al。
(4)由题意可知,溶液C中含有碳酸钠,说明溶液B中含有过量的氢氧化钠,氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和水,氧化钙溶于水生成氢氧化钙,氢氧化钙与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠,碳酸钙高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳,所以流程中氢氧化钠、氧化钙和二氧化碳均既是生成物又是反应物,均可以循环使用。
2.(1)过滤 (2)①MnO2+SO2MnSO4 (3)Na2SO4 H2O (4)温度控制在100 ℃以下
【解析】(1)操作a后得到MnCO3固体和Na2SO4溶液,说明操作a是将固体和液体分离,所以该操作是过滤。
(2)反应①的反应物有MnO2和SO2,生成物为MnSO4,所以该反应的化学方程式为MnO2+SO2MnSO4。
(3)过滤之后所得的MnCO3固体表面残留有水和Na2SO4溶液,经过洗涤、烘干以后,会除去MnCO3表面的H2O和Na2SO4。
(4)MnCO3难溶于水且在100 ℃时开始分解,所以在烘干MnCO3时,应控制温度在100 ℃以下,防止MnCO3分解。
3.(1)酸雨 (2)金(或Au) (3)过滤 将氧化铜完全转化为硫酸铜,提高铜的产率 (4)Fe+H2SO4FeSO4+H2↑ 置换反应 (5)ZnO+2NaOHNa2ZnO2+H2O
【解析】(1)若SO2直接排放,会与水反应生成酸性物质,导致酸雨。
(2)热空气流充分加热的目的是将Cu、Zn转化为氧化物,并完全分离出ZnO烟尘,金的化学性质稳定,不与氧气反应,所以“过程Ⅱ”产生的固体a中,除CuO外一定还有的物质是Au。
(3)“过程Ⅲ”加入稀硫酸,氧化铜与稀硫酸反应生成硫酸铜和水,银不与硫酸反应,分离固体Au和滤液的操作是过滤,加入过量稀硫酸的目的是将氧化铜完全转化为硫酸铜,提高铜的产率。
(4)“系列进程”中有一步是向滤液中加入过量铁粉,发生的反应有铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,所以这一步生成气体的化学方程式为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,该反应是由一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应,属于置换反应。
(5)ZnO烟尘可用NaOH溶液吸收,该反应生成偏锌酸钠(Na2ZnO2)和H2O,该反应的化学方程式为ZnO+2NaOHNa2ZnO2+H2O。
4.(1)混合物 (2)固体部分溶解,溶液中有气泡产生,溶液颜色变为黄色 (3)H+、Zn2+、Fe3+ (4)Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑ (5)AD
【解析】(1)菱锌矿的主要成分是ZnCO3,还含有少量的二氧化硅和氧化铁,属于混合物。
(2)“酸浸”中,碳酸锌和稀硫酸反应生成硫酸锌、水和二氧化碳,氧化铁和稀硫酸反应生成硫酸铁和水,所以在实验过程中,可看到固体部分溶解,溶液中有气泡产生,溶液颜色变为黄色。
(3)“酸浸”中加入过量稀硫酸,碳酸锌和稀硫酸反应生成硫酸锌、水和二氧化碳,氧化铁和稀硫酸反应生成硫酸铁和水,所以滤液1中含有的阳离子是H+、Zn2+、Fe3+。
(4)“转化”中加入足量锌粉,锌和过量的稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气,反应的化学方程式为Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑。
(5)A.“粉碎”是为了增大反应物的接触面积,使菱锌矿在“酸浸”中与稀硫酸充分反应,正确;B.在“转化”中加入锌粉,锌先将硫酸铁转化为硫酸亚铁,之后和过量的硫酸反应生成硫酸锌和氢气,加入锌到无气泡冒出说明硫酸铁和硫酸完成转化,但生成的硫酸亚铁是否被锌完全转化为硫酸锌无法通过无气泡显示判断是否完成,所以不能说明锌粉已足量,错误;C.滤渣甲的主要成分是二氧化硅,不与稀硫酸发生反应,滤渣乙含有锌粉,能与稀硫酸反应产生气体,错误;D.加入锌粉后,锌和过量的稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气,加入锌的质量比生成氢气的质量大,溶液质量增加,锌和硫酸铁反应生成硫酸亚铁和硫酸锌,加入固体没有气体逸出、沉淀析出,溶液质量增加,锌再继续和硫酸亚铁反应生成硫酸锌和铁,由于锌的相对原子质量大于铁,且硫酸锌和硫酸亚铁中锌和铁的化合价都为+2,溶液质量增加,所以滤液2的质量一定比滤液1的质量大,正确。
5.(1)Fe2+ (2)SiO2、Fe (3)② (4)FeSO4+Na2CO3FeCO3↓+Na2SO4 (5)过滤
【解析】(1)柠檬酸亚铁中的阳离子为亚铁离子,故柠檬酸亚铁进入人体肠道后以亚铁离子(Fe2+)的形式被吸收,达到补血效果。
(2)步骤①加入过量稀硫酸,四氧化三铁与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水,氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水,二氧化硅不与硫酸反应,步骤②加入过量铁粉,铁与硫酸铁反应生成硫酸亚铁,铁与过量硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,得到的气体A为氢气,溶液B为硫酸亚铁溶液,固体C为二氧化硅和过量的铁粉,即为SiO2、Fe。
(3)步骤①加入过量稀硫酸,四氧化三铁与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水,氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水,二氧化硅不与硫酸反应;步骤②加入过量铁粉,铁与硫酸铁反应生成硫酸亚铁,铁与过量硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气;步骤③溶液B(硫酸亚铁溶液)中加入过量碳酸钠溶液,硫酸亚铁与碳酸钠反应生成碳酸亚铁沉淀和硫酸钠;步骤④固体D(碳酸亚铁)中加入柠檬酸,碳酸亚铁与柠檬酸反应生成柠檬酸亚铁、二氧化碳和水;根据置换反应是由一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应,可知步骤①②③④中涉及置换反应的是②(铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气)。
(4)步骤③溶液B(硫酸亚铁溶液)中加入过量碳酸钠溶液,硫酸亚铁与碳酸钠反应生成碳酸亚铁沉淀和硫酸钠,该反应的化学方程式为FeSO4+Na2CO3FeCO3↓+Na2SO4。
(5)过滤可以分离液体和固体,“一系列操作”中,将柠檬酸亚铁晶体与溶液分离的操作是过滤。
6.(1)粉末状 MgCO3+2HClMgCl2+H2O+CO2↑(2)二氧化碳(或CO2) 分解反应 (3)Fe(或铁) 4.7≤pH<8.9
【解析】(1)在反应①中,为了加快反应速率,选用粉末状菱镁矿,可以增大反应物之间的接触面积,使反应更快更充分;碳酸镁与盐酸反应生成氯化镁、二氧化碳和水,该反应的化学方程式为MgCO3+2HClMgCl2+H2O+CO2↑。
(2)氨气极易溶于水,常温、常压下,二氧化碳在水中的溶解度较小,故需要加压通入的气体是二氧化碳,压强增大,二氧化碳的溶解度增大;反应②为碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、二氧化碳和水的反应,反应③为氯化镁在通电条件下反应生成镁和氯气的反应,这两个反应均符合“一变多”的特点,均属于分解反应。
(3)a溶液中含镁离子、亚铁离子、铝离子,通入足量空气,调pH,得到氢氧化铁沉淀、氢氧化铝沉淀和氯化镁溶液,说明通入足量空气后,溶液中铁元素化合价发生了改变,由+2价变为+3价;向b溶液中加MgO调节溶液pH,目的是使铝离子和铁离子形成沉淀,而镁离子不能形成沉淀,故调pH的范围为4.7≤pH<8.9。
7.(1)N2 ①③ 吸附 (2)CO2+4H2CH4+2H2O H2O、O2、H2、CO2
【解析】(1)空间站内的空气需与我们周围的空气组成相近,所以空间站内空气中含量最多且不会被航天员消耗的气体是氮气;反应①水的电解会生成氧气,反应③会生成氧气,故填①③;活性炭具有疏松多孔的结构,常利用活性炭的吸附性净化空气。
(2)二氧化碳与氢气在催化剂的催化下生成甲烷和水,反应的化学方程式为CO2+4H2CH4+2H2O;反应①中水被消耗,反应④中有水生成,所以水属于循环利用的物质,反应①中有氢气生成,反应④中氢气被消耗,所以氢气属于循环利用的物质,反应①中有氧气生成,反应②中氧气被消耗,所以氧气属于循环利用的物质,反应②中有二氧化碳生成,反应③中二氧化碳被消耗,所以二氧化碳属于循环利用的物质。
8.(1)氯化铵(或NH4Cl) (2)过滤 玻璃棒(或烧杯) (3)(NH4)2CO3+CaCl2CaCO3↓+2NH4Cl 复分解反应
【解析】(1)据流程图可知,该流程最终产物可作为肥料的是氯化铵。
(2)过滤是利用物质的溶解性差异,将液体和不溶于液体的固体分离开来的一种方法,如用过滤法除去粗盐中少量的泥沙,所以操作Ⅰ的名称是过滤。过滤操作要用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒等。
(3)第③步反应是(NH4)2CO3溶液与氯化钙溶液反应生成碳酸钙沉淀和氯化铵溶液,化学方程式为(NH4)2CO3+CaCl2CaCO3↓+2NH4Cl,该反应是两种化合物互相交换成分生成另外两种化合物的反应,属于复分解反应。
9.(1)FeSO4 (2)CuO+H2SO4CuSO4+H2O
(3)漏斗 (4)铁(或Fe)
【解析】金属废料中含有铜、铁、金等金属单质,加入适量稀硫酸,铜、金不和稀硫酸反应,铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,操作1是过滤,实现固液分离,则滤液A是硫酸亚铁溶液,气体A是氢气,固体A是铜、金,固体A在空气中加热,金不反应,铜与氧气加热生成氧化铜,加入适量稀硫酸,氧化铜与稀硫酸反应生成硫酸铜和水,操作2是过滤,固体B是金,滤液B是硫酸铜溶液,滤液B加入X,通过操作3过滤,得到铜和硫酸亚铁,则X是铁,滤液A经过一系列反应得到氧化铁。(1)滤液A的溶质是硫酸亚铁,化学式为FeSO4。
(2)固体A是铜和铁,氧气与铜在加热条件下反应生成氧化铜,氧化铜与稀硫酸反应生成硫酸铜和水,该反应的化学方程式为CuO+H2SO4CuSO4+H2O。
(3)操作1和操作2为过滤,两操作中用到的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和漏斗。
(4)往滤液B中加入的物质X是铁。
10.(1)增大反应物的接触面积,使反应充分进行 (2)置换 (3)铁 (4)2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O
【解析】(1)粉末状的反应物接触面积大,反应更充分,反应速率会加快,所以冰铜粉碎的目的是增大反应物的接触面积,使反应充分进行。
(2)由反应的化学方程式可知,此反应是一种单质和一种化合物反应,生成另一种单质和化合物的反应,属于置换反应。
(3)粗铜中含Fe、Ag、Pt、Au等杂质,只有金属铁的活动性在铜前面,所以能与硫酸铜发生反应的金属是Fe。
(4)据图可知,酸浸槽中发生的化学反应是金属铜和空气中的氧气、硫酸反应生成硫酸铜和水的反应,化学方程式为2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O。
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