第五讲 化工流程（二）

1．[2019新课标Ⅰ]硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。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+离子，可选用的化学试剂是_________。

（3）根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2O

H++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、Al2O3 KSCN （3）一元弱 转化为H3BO3，促进析出 （4）2Mg2++3CO3+2H2O

2?Mg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3

Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑） 溶浸 高温焙烧

?（或2Mg2++2CO3+H2O

2?【解析】（1）根据流程图知硼镁矿粉中加入硫酸铵溶液产生的气体为氨气，用碳酸氢铵溶液吸收，反应方程式为：NH3+NH4HCO3

(NH4)2CO3。

3+

（2）滤渣I为不与硫酸铵溶液反应的Fe2O3、Al2O3、SiO2；检验Fe,可选用的化学试剂为KSCN，

（3）由硼酸的离解方程式知，硼酸在水溶液中是通过与水分子的配位作用产生氢离子，而三价硼原子最多只能再形成一个配位键，且硼酸不能完全解离，所以硼酸为一元弱酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是将B(OH)4转化为H3BO3，并促进H3BO3析出，

2+

（4）沉镁过程中用碳酸铵溶液与Mg反应生成Mg(OH)2?MgCO3，沉镁过程的离子反应为：

?

2Mg2++2H2O+3CO32-Mg(OH)2?MgCO3↓+2HCO3-；母液加热分解后生成硫酸铵溶液，可以返回“溶浸”工序

循环使用；碱式碳酸镁不稳定，高温下可以分解，故由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是高温焙烧。

2．[2019新课标Ⅱ]立德粉ZnS·BaSO4（也称锌钡白），是一种常用白色颜料。回答下列问题：

（1）利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时，钡的焰色为__________（填标号）。

A．黄色 B．红色 C．紫色 D．绿色

（2）以重晶石（BaSO4）为原料，可按如下工艺生产立德粉：

①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为______________________。回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为______________________。

②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差。其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的___________（填化学式）。

③沉淀器中反应的离子方程式为______________________。

2?

L?1（3）成品中S的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品，置于碘量瓶中，移取25.00 mL 0.1000 mol·

的I2?KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5 min，有单质硫析出。以淀粉为指示剂，过量的I2用0.1000 mol·L?1Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2+2S2O32?2I?+S4O6。测定时消耗Na2S2O3溶液体积V m

2?L。终点颜色变化为_________________，样品中S2?的含量为______________（写出表达式）。 【答案】（1）D （2）①BaSO4+4C②BaCO3

2?2+2+

③S+Ba+Zn+SO42?BaS+4CO↑ CO+H2OCO2+H2

BaSO4·ZnS↓

（3）浅蓝色至无色 【解析】

1（25.00?V）?0.1000?32 2?100％m?1000（1）焰色反应不是化学变化，常用来检验金属元素存在，常见金属元素焰色：A．钠的焰色为黄色，故A错误；B．钙的焰色为红色，故B错误；C．钾的焰色为紫色，故C错误；D．钡的焰色为绿色，故D正确；故选D。

（2）①注意焦炭过量生成CO，反应物为硫酸钡与焦炭，产物为BaS与CO，写出方程式BaSO4+4C

BaS+4CO↑；CO与水蒸气反应生成CO2与H2，写出方程式：CO+H2O

CO2+H2。

②根据信息臭鸡蛋气味气体为硫化氢气体，由强酸制弱酸原理，还原料硫化钡与空气中水，二氧化碳反应生成了碳酸钡与硫化氢气体。

③硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质，写成离子形式，产物硫酸钡与硫化锌为沉淀，不可电离，写出离子方

2?2+2+

程式：S+Ba+Zn+SO42?BaSO4·ZnS↓。

S+2I-；碘单质与淀粉混合为蓝色，用硫代硫酸钠滴定过量的I2，故

2-（3）碘单质与硫离子的反应：S+I2

终点颜色变化为浅蓝色至无色；根据氧化还原反应得失电子数相等，利用关系式法解题；根据化合价升降相等列关系式，设硫离子物质的量为n mol： S2- ～ I2 2S2O32- ～ I2 1 mol 1 mol 2 mol 1 mol n mol n mol 0.1V×10-3mol

110-3mol ?0.1V×

211n+?0.1V×10-3mol=25?0.1V×10-3mol，得n=（25-V）0.1×10-3mol 221（25.00?V）?0.1000?32n?M（S2?）×100%= ×100%。 则样品中硫离子含量为：2mm?10003．[2019新课标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+)=0.1 mol·L?1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Mn2+ 8.1 10.1 Fe2+ 6.3 8.3 Fe3+ 1.5 2.8 Al3+ 3.4 4.7 Mg2+ 8.9 10.9 Zn2+ 6.2 8.2 Ni2+ 6.9 8.9 （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之间。

（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1分别为+2、+3、+4。当x=y=时，z=___________。

3【答案】（1）SiO2（不溶性硅酸盐） MnO2+MnS+2H2SO4（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，MgF2

2+

（6）Mn+2HCO3?2MnSO4+S+2H2O

Mg2++2F?平衡向右移动

MnCO3↓+CO2↑+H2O

1（7）

3【解析】（1）Si元素以SiO2或不溶性硅盐存在，SiO2与硫酸不反应，所以滤渣I中除了S还有SiO2；在硫酸的溶浸过程中，二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应，二氧化锰作氧化剂，硫化锰作还原剂，方程式为：MnO2+MnS+2H2SO4

2MnSO4+S+2H2O。

（2）二氧化锰作为氧化剂，使得MnS反应完全，且将溶液中Fe2+氧化为Fe3+。

（3）由表中数据知pH在4.7时，Fe3+和Al3+沉淀完全，所以应该控制pH在4.7~6之间。

（4）根据题干信息，加入Na2S除杂为了除去锌离子和镍离子，所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS。 （5）由HF

H++F-知，酸度过大，F-浓度减低，使得MgF2

Mg2++2F-平衡向沉淀溶解方向移

动，Mg2+沉淀不完全。

（6）根据题干信息沉锰的过程是生成了MnCO3沉淀，所以反应离子方程式为：Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O。

（7）根据化合物中各元素化合价代数和为0的规律得：1+2x+3y+4z=6，已知，x=y=1/3，带入计算得：z=1/3。

4．[2019江苏]实验室以工业废渣（主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3）为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体，其实验流程如下：