突破08 突破工艺流程综合题（3）
（条件控制）
限时：40分钟
1.六氟铝酸钠俗称冰晶石，广泛应用于冶铝工业。以磷肥副产物氟硅酸铵为原料制备六氟铝酸钠的简易流程如下：
请回答下列问题：
（1）写出反应①的化学方程式：____________________________________________，
适当加热可以提高反应①的化学反应速率，但是温度不宜过高，其原因有两点：其一是避免氨水挥发，降低反应物浓度，其二是__________________________________。
（2）反应③得到Na3AlF6和废液，废液用于反应_________________________________
(填“①”或“②”)循环利用。NH4F溶液不能用玻璃容器盛装，其原因是______________________。
（3）通过实验得出Na3AlF6的产率与外界条件关系如图所示(提示：温度、时间针对反应③)。
根据上述实验结果，最佳条件：反应温度、反应时间、氢氧化钠与氢氧化铝的物质的量之比依次是______________________。
【答案】　（1）(NH4)2SiF6＋4NH3·H2O===6NH4F＋H2SiO3↓＋H2O　避免NH4F水解程度增大而损失
（2）①　NH4F水解生成HF，HF腐蚀玻璃
（3）60 ℃、60 min、2.0
[解析]　（1）氟硅酸铵与氨水反应，可以看成是氟硅酸铵先水解生成氟化氢、硅酸和氨水，然后氨水和氟化氢反应生成氟化铵。温度高，氨水挥发加快、NH4F水解程度增大，因此选择合适温度。（2）反应③为NaAlO2＋2H2O＋6NH4F＋2NaOH===Na3AlF6↓＋6NH3·H2O，废液中氨水可以用作反应①的反应物。NH4F发生水解生成HF，HF能与玻璃中二氧化硅反应生成四氟化硅和水。（3）从图像看出，应选择产率最高的条件。
2.(2019·合肥一模)以软锰矿粉(主要含有MnO2，还含有少量的Fe2O3、Al2O3等杂质)为原料制备高纯MnO2的流程如图所示：
已知常温下，氢氧化物沉淀的条件：Al3＋、Fe3＋完全沉淀时的pH分别为5.0、2.8；Mn2＋开始沉淀的pH为7.7。
（1）“酸浸”时加入一定量的硫酸，硫酸的量不能过多或过少。硫酸过多造成氨的损失；硫酸过少时，“酸浸”时会有红褐渣出现，原因是______________________________________________。
（2）加入氨水应调节pH的范围为__________________________________________。
（3）“过滤Ⅱ”所得滤渣为MnCO3，滤液中溶质的主要成分是____________(填化学式)，写出其阳离子的电子式：__________________________________。
（4）加入碳酸氢铵产生沉淀的过程为“沉锰”。
①“沉锰”过程中放出CO2，反应的离子方程式为____________________________。
②“沉锰”过程中沉锰速率与温度变化的关系如图所示。当温度高于60 ℃时，沉锰速率随着温度升高而减慢的原因可能是______________________________________________。
[答案]　（1）生成的Fe3＋水解得到Fe(OH)3沉淀
（2）5.0～7.7
（3）(NH4)2SO4　
（4）①Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O　②温度过高时碳酸氢铵的分解速率显著加快，沉锰速率随碳酸氢铵浓度的减小而减慢
[解析]　（1）硫酸过少时，“酸浸”时会有红褐渣出现，原因是生成的Fe3＋水解得到Fe(OH)3沉淀。（2）由题中信息可知，Al3＋、Fe3＋完全沉淀时的pH分别为5.0、2.8，Mn2＋开始沉淀的pH为7.7。所以，加入氨水应调节pH的范围为5.0～7.7。（3）“过滤Ⅱ”所得滤渣为MnCO3，滤液中溶质的主要成分是(NH4)2SO4，其阳离子的电子式为。（4）①“沉锰”过程中放出CO2，反应的离子方程式为Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O。②温度过高时碳酸氢铵的分解速率显著加快，沉锰速率随碳酸氢铵浓度的减小而减慢。
3.利用钛矿的酸性废液(含TiO2＋、Fe2＋、Fe3＋、SO等)，可回收获得FeS2纳米材料、Fe2O3和TiO2·nH2O等产品，流程如下：
（1）TiO2＋中钛元素的化合价为________价。TiO2＋只能存在于强酸性溶液中，因为TiO2＋易水解生成TiO2·nH2O，写出水解的离子方程式：____________________________________________。
（2）向富含TiO2＋的酸性溶液中加入Na2CO3粉末能得到固体TiO2·nH2O。请用化学反应原理解释：______________________________________________________________________。
（3）NH4HCO3溶液与FeSO4溶液反应的离子方程式为__________________________，
该反应需温度在308 K以下，其目的是____________________________________________________。
[答案]　（1）＋4　TiO2＋＋(n＋1)H2OTiO2·nH2O＋2H＋
（2）Na2CO3消耗H＋，c(H＋)减少，使TiO2＋水解平衡向生成TiO2·nH2O方向移动
（3）Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O
防止NH4HCO3受热分解和减少Fe2＋的水解
[解析]　（2）由于原溶液显酸性，CO直接与H＋反应，不能解释成CO水解促进TiO2＋的水解。
（3）要充分考虑H＋与HCO不共存，HCO与Fe2＋产生FeCO3和H＋，会继续与HCO反应产生CO2气体。另外NH4HCO3不稳定受热易分解，因而要控制在较低温度下进行。
4.铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。某科研小组从某度旧铍铜元件(含25% B
eO、71% CuS、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下：
已知：Ⅰ.铍、铝元素化学性质相似；
Ⅱ.常温下部分难溶物的溶度积常数如下表：
难溶物
Cu(OH)2
Fe(OH)3
Mn(OH)2
溶度积常数(Ksp)
2.2×10－20
4.0×10－38
2.1×10－13
（1）滤液A的主要成分除NaOH外，还有________(填化学式)，写出反应I中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式：______________________________。
（2）①滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，最合理的实验步骤顺序为________(填字母)。
a．加入过量的氨水  b．通入过量的CO2
c．加入过量的NaOH  d．加入适量的HCl
e．洗涤  f．过滤
②从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是________。
（3）①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质。写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式：___________________________。
②若用浓HNO3溶解金属硫化物，缺点是________(任写一条)。
（4）滤液D中c(Cu2＋)＝2.2 mol·L－1、c(Fe3＋)＝0.008 mol·L－1、c(Mn2＋)＝0.01 mol·L－1，逐滴加入稀氨水调节pH可将其依次分离，首先沉淀的是________(填离子符号)，为使铜离子开始沉淀，常温下应调节溶液的pH大于________。
（5）电解NaCl－BeCl2混合熔盐可制备金属铍，下图是电解装置图。
①电解过程中，加入氯化钠的目的是________。
②石墨电极上的电极反应式为________。
③电解得到的Be蒸气中约含1%的Na蒸气除去Be中少量Na的方法为________。
已知部分物质的熔、沸点如下表：
物质
熔点(K)
沸点(K)
Be
1 551
3 243
Na
370
1 156
[答案]　（1）Na2BeO2、Na2SiO3　BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O
（2）①afed　②要在HCl气流中蒸发结晶
（3）①MnO2＋CuS＋2H2SO4===MnSO4＋S＋CuSO4＋2H2O　②会产生污染环境的气体
（4）Fe3＋　4
（5）①降低电解质的熔融温度，降低能耗　②Be2＋＋2e－===Be　③可以控制温度1 156～3 243 K之间冷却
[解析]　（1）由题中信息可知，Be、SiO2与氢氧化钠反应生成Na2BeO2、Na2SiO3，Na2BeO2与HCl反应生成BeCl2，离子方程式为：BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O；（2）①由于Be的性质与Al相似，所以Be具有两性，用氨水使Be2＋全部沉淀，再过滤，将Be(OH)2洗涤后，加入盐酸最终转化成BeCl2；②由于Be2＋易水解，所以从氯化铍溶液中得到纯净的BeCl2，需要在HCl气流中蒸发结晶；（3）①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质，所以化学反应方程式为：MnO2＋CuS＋2H2SO4===MnSO4＋S＋CuSO4＋2H2O；②由于HNO3的氧化性很强，在反应中会产生氮的氧化物，对空气造成污染，所以我们不选用浓硝酸；（4）根据Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20＝c(Cu2＋)·c2(OH－)，当溶液中c(Cu2＋)＝2.2 mol·L－1时，计算可得c(OH－)＝10－10 mol/L，即当c(OH－)＝10－10 mol/L时，即pH＝4时，Cu2＋开始沉淀；根据Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，c(Fe3＋)＝0.008 mol/L，可得到c(OH－)＝3.68×10－13 mol/L，即当c(OH－)＝3.68×10备战高考－13 mol/L时，Fe3＋开始沉淀；根据Ksp[Mn(OH)2]＝2.1×10－13＝c(Mn2＋)·c2(OH－)，c(Mn2＋)＝0.01 mol/L，可得到c(OH－)＝4.83×10－7 mol/L，即当c(OH－)＝4.83×10－7 mol/L时，Mn2＋开始沉淀；由计算可知，Fe3＋先沉淀，其次是Cu2＋，最后是Mn2＋；（5）①电解过程中，加入氯化钠是为了增大导电性即降低电解质熔融状态的温度，节约能耗；②石
墨电极生成金属Be，电极反应方程式为：Be2＋＋2e－===Be；③图表信息可知Na和Be的熔、沸点差距很大，分离Na蒸气和Be蒸气可以控制温度1 156～3 243 K之间冷却。