【例5】以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜（CuSO4·5H2O）。制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。 回答下列问题：
（1）配平在滤液（Ⅲ）中发生反应化学主程式： ____NOx+____H2O+____O2══____HNO3。
（2）写出制取硫酸铜的总反应方程式_________________________________。 （3）在上述生产过程中，被循环使用的物质是_______________________________。 （4）请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。将它们的编号填入方框。
A(Cu、浓硫酸、浓硝酸)(水)
(水、空气)【解析】（1）NOx中N的化合价为2x，反应前后N化合价变化为5-2x，O2中O化合价变化为4，初步配平为4NOx+H2O+（5-2x）O2→HNO3，再配平其他物质的化学计量数得：4NOx+2H2O+（5-2x）O2══4HNO3；（2）发生的有关的化学方程式为：（5-2x）Cu+（12-4x）HNO3══（5-2x）Cu(NO3)2+2NOx +（6-2x）H2O……①、 4NOx+2H2O+（5-2x）O2══4HNO3……②、 Cu(NO3)2+H2SO4══CuSO4+2HNO3……③，
①+②÷2+③×（5-2x），得：（5-2x）Cu+ O2+（5-2x）H2SO4══（5-2x）CuSO4+（5-2x）H2O， 化简得2Cu+O2+2H2SO4══2CuSO4+2H2O；
（3）要提供O2，可用排空气法，即用A装置通过从分液漏斗中加水排出空气；消除氮的氧化物用B装置，一个导气管通氮的氧化物，一个导气管通空气，另一个导气管导出多余的空气。
由实验室用浓硫酸和金属铜制硫酸铜，拓展到用稀硫酸、金属铜、通入氧气制硫酸铜， 延伸到化工生产硫酸铜，再回归到实验室模拟化工生产过程。
Cu + 2H2SO4（浓）
CuSO4 + SO2↑+ 2H2O Cu + 4HNO3（浓）== Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O
SO2 + 2HNO3（浓）== H2SO4 + 2NO2 Cu(NO3)2 + H2SO4 == CuSO4↓ + 2HNO3 （应用侯氏制碱法的生产原理）4NO2 + O2 + 2H2O == 4HNO3 把方程式进行加合，可得总反应方程式：2Cu + O2 + 2H2SO4
2CuSO4 + 2H2O
在模拟化工生产过程时，又把通入空气和水回归为制取氧气通入水中。 答案：（1）2Cu + O2 + 2H2SO4
2CuSO4 + 2H2O （2）HNO3 （3）B、A。
5
【例6】工业制备高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。
空气
MnO2 KOH H2O 粉碎 熔融 K2MnO4 CO2 KMnO4 K2CO3 MnO2 母液 操作Ⅰ KMnO4 K2CO3 KMnO4粗晶体 干燥 KMnO4晶体 操作Ⅱ 石灰苛化 KOH
①KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是_____（填代号）。 a. 84消毒液（NaClO溶液） b. 双氧水 c. 苯酚 d. 75%酒精
②高锰酸钾保存在棕色试剂瓶，下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_____（填代号）。 a. 浓硝酸 b. 硝酸银 c. 氯水 d. 烧碱
③上述流程中可以循环使用的物质有 、 （写化学式）。 ④若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1 mol MnO2可制得 mol KMnO4。
⑤该生产中需要纯净的CO2气体。若实验室要制备纯净的CO2，所需试剂最好选择（选填代号） 。a. 石灰石 b. 稀HCl c. 稀H2SO4 d. 纯碱 所需气体发生装置是_____________（选填代号）。
⑥操作Ⅰ的名称是 ；操作Ⅱ根据KMnO4和K2CO3两物质在 （填性质）上的差异，采用 （填操作步骤）、趁热过滤得到KMnO4粗晶体。
【解析】高锰酸钾又名灰锰氧，是+7价锰最重要的化合物， 也是最重要和最常用的氧化剂之一。本题以液相氧化法制备高锰酸钾为背景， 着重考察了基本化学实验知识， 本题可很好地巩固试剂保存、分离提纯操作、有关气体制取实验原理和装置知识等。
(1)高锰酸钾的消毒机理主要是靠其氧化性氧化微生物而杀灭微生物， 它通过氧化细菌体内的活性基团而发挥作用，类似84消毒液（NaClO溶液）、双氧水， 而苯酚、 酒精消毒机理主要是使蛋白质75%凝固。 (2)试剂保存方法源于试剂的性质， 见光易分解的物质通常保存在棕色试剂瓶中。浓硝酸、硝酸银、氯水等试剂都是中学阶段常用试剂， 都保存在棕色试剂瓶中。
6
(3从流程图中不难发现，由于K2MnO4在酸性条件下易歧化为MnO2和KMnO4， 所以MnO2可以部分循环；母液成分主要是K2CO3，通过加入石灰，产生KOH也可以循环利用。
(4)本小题考察学生对制备原理的理解。一种方法是写出各步反应， 通过物质的量的关系得出；另外，从流程中也可看出，Ｍｎ元素损失发生在KMnO4歧化这一步，通过电子得失守恒，1molKMnO4可制得1/3molMnO2和2/3molKMnO4.
(5) 本题主要考察有关气体制取实验原理和装置， 气体发生装置取决于气体制备原理。题目中关键词 “纯净”， 所以要选用纯碱和稀硫酸， 发生装置就只能相应选择Ａ。
(6)主要考察制备过程中分离提纯的基本操作。操作Ⅰ是分离不溶物MnO2， 所以是过滤； 操作Ⅱ从两物质性质上分析， 都可溶， 故是利用两者溶解度的不同而采用结晶方法分离， 但考虑到KMnO4易受热分解， 要得到KMnO4粗晶体，只能蒸发浓缩结晶。
【答案】（1）ab （2）d （3）MnO2；KOH （4）2/3 （5）cd ；A；（6）过滤；溶解度；浓缩结晶 ［小结］ 结合本题系统复习拓展介绍KMnO4作为氧化剂在不同介质条件下被还原的产物， 也可以拓展到电解法制备高锰酸钾的工艺流程。
本专题考查考生将工艺流程与化学原理融合的能力。学生之所以怕无机化工信息题往往是被陌生情景和专业术语吓倒，或者是因不能完全理解流程图的含义而无从下手。解题时首先要粗读试题，尽量弄懂流程图。图中一般会出现超纲知识，但题目中蕴涵了提示或者提问时不涉及，所以一定要关注题目的每一个字眼，尽量弄懂流程图但不必要将每一个物质都推出，问什么推什么。其次要带着问题去精心研究某一步或某一个物质。在答题时应注意前后问题往往没有联带效应，即前一问不能回答没关系，不影响后面回答问题。遇到做不出来的问题要及时放弃，以免影响其他问题的作答。最后，作答时一定要看清所提问题，不能答非所问，注意语言表达的科学性。
7
练习
1．减少SO2的排放、回收利用SO2成为世界性的研究课题。我国研究人员研制的利用低品位软锰矿浆(主要
成分是MnO2)吸收废渣高温焙烧产生的SO2，制备硫酸锰的生产流程如下： 石灰浆 高温焙烧 阳离子吸附剂 MnO2粉 废渣→ →SO2 调节pH 吸附 浸出 过滤 静置、过滤 氧化 → →滤渣 →浸出液→ → 静 置 → → 软锰矿浆→ ↓ 滤渣 操作a MnSO4·H2O← 干燥 ＋＋＋＋＋
浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn2，还含有少量的Fe2、Al3、Ca2、Pb2等其他金属离子。 有关金属离子的半径以及形成氢氧化物沉淀时的pH见下表，阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图。
＋离子 离子半径(pm) 开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH Pb2 1.00 吸附率 ＋Fe2 74 7.6 9.7 ＋ Ca2 ＋0.75 3Fe 64 2.7 3.7 ＋＋Fe2 30.50 Al 50 3.8 4.7 ＋＋＋2Mn 80 8.3 9.8 Mn2、Fe3 0.25 ＋＋Al3 Pb2 121 8.0 8.8 ＋2Ca 99 － － 0 2 4 6 8 吸附时间/h 已知PbO2的氧化性大于MnO2。请回答下列问题：
⑴ 写出浸出过程中主要反应的化学方程式 ▲ ，氧化过程中主要反应的离子方程式 ▲ 。 ⑵ 在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至 ▲ 。
⑶ 阳离子吸附剂用于除去杂质金属离子。决定阳离子吸附剂吸附效果的因素是 ▲ （填写序号）。 a．溶液的pH b．金属离子的电荷 c．金属离子的半径 d．吸附时间 ⑷ 操作a包括 ▲ 等过程。
2．重铬酸钾（K2Cr2O7）是工业生产和实验室的重要氧化剂。实验室模拟工业生产重铬酸钾时用铬铁矿（主
要成份为FeO·Cr2O3）、纯碱、烧碱、氯酸钾等为原料先制得铬酸钠（Na2CrO4），涉及的主要反应是6FeO·Cr2O3 + 24NaOH +7KClO3K2Cr2O7。其主要工艺如下：
12Na2CrO4 + 3Fe2O3 +7KCl + 12H2O，然后将铬酸钠转化为
试回答下列问题：
8