热点专攻15化学工艺流程综合题1.(2019全国Ⅰ)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:回答下列问题:(1)在95℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为。(2)“滤渣1”的主要成分有。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+,可选用的化学试剂是。(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH++B(OH)4-,Ka=5.81×10-10,可判断H3BO3是酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是。(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为,母液经加热后可返回工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是。答案:(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱转化为H3BO3,促进析出(4)2Mg2++3CO32-+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3-[或2Mg2++2CO32-+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑]溶浸高温焙烧解析:(1)由硼镁矿粉所含的元素及加入的硫酸铵溶液可知,该气体只能为氨气,碳酸氢铵与氨气反应的化学方程式为NH3+NH4HCO3(NH4)2CO3。(2)由流程图可知,B元素最终以H3BO3的形式存在,Mg元素经沉镁后以Mg(OH)2·MgCO3的形式存在,可分析出Fe、Al在沉镁后不会存在于母液中,因此“滤渣1”的主要成分为矿石中含有的SiO2、Fe2O3、Al2O3。可用KSCN溶液检验Fe3+的存在。(3)H3BO3在水中的解离为可逆过程,且1个H3BO3分子解离出1个H+,由此可知,H3BO3为一元弱酸;调节pH,增大H+浓度,使H3BO3+H2OH++B(OH)4-的平衡向左移动,有利于H3BO3的生成。(4)“沉镁”过程中的反应物有碳酸铵,生成物有Mg(OH)2·MgCO3,根据原子个数守恒和电荷守恒可写出该反应的离子方程式为2Mg2++3CO32-+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3-[或2Mg2++2CO2-3+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑]。根据元素守恒,NH4+¿¿、SO42-存在于母液中,即母液中主要成分为硫酸铵,可返回“溶浸”工序循环使用。高温焙烧可使Mg(OH)2·MgCO3分解生成MgO。2.(2019全国Ⅲ)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如下图所示。回答下列问题:相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9(1)“滤渣1”含有S和;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式。(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是。(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为~6.0。(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是。(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是。(6)写出“沉锰”的离子方程式。(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=13时,z=。答案:(1)SiO2(或不溶性硅酸盐)MnO2+MnS+2H2SO42MnSO4+S+2H2O(2)将Fe2+氧化为Fe3+(3)4.7(4)NiS和ZnS(5)F-与H+结合形成弱电解质HF,MgF2Mg2++2F-平衡向右移动(6)Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O(7)13解析:本题为工艺流程图题,综合考查了陌生化学方程式和离子方程式的书写、pH调节、除杂、沉淀溶解平衡及化合价的简单计算等知识,综合性较强,难度中等。(1)加硫酸“溶浸”过程中MnO2将MnS中的S2-氧化为单质硫:MnO2+MnS+2H2SO42MnSO4+S+2H2O。天然锰矿中含有的二氧化硅(或硅酸盐)不溶于稀硫酸,所以“滤渣1”为S和二氧化硅(或不溶性硅酸盐)。(2)“溶浸”时杂质Fe、Al、Mg、Zn、Ni等元素也都转化为相应的硫酸盐,其中铁元素部分以Fe2+存在,结合金属离子沉淀时的pH范围,加MnO2是将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,以方便后面将其转化为沉淀除去。(3)~(5)结合题给表格中金属离子沉淀时的pH范围可知,加氨水“调pH”主要是沉淀Fe3+和Al3+[滤渣2的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3],此时需控制的pH范围为4.7~6.0。而后面加Na2S完成的“除杂1”是沉淀Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分为ZnS和NiS。加MnF2完成的“除杂2”是沉淀Mg2+,“滤渣4”的主要成分为MgF2。若沉淀Mg2+时溶液酸...
