2020-02-21工业流程题 删减版答案解析

2020-02-21工业流程题删减版答案解析

1．高铁酸钾（K2FeO4）为暗紫色固体，可溶于水，是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂，比Cl2、O2、ClO2、KMnO4氧化性更强，无二次污染。工业上是先制得高铁酸钠，然后在低温下，向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和，使高铁酸钾析出。结合所学知识回答相关问题：

（1）K2FeO4中铁元素的化合价是+6价。

（2）制备高铁酸钠的主要反应为：2FeSO4+6 Na2O2═2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑，该反应中还原剂

是FeSO4、Na2O2（填化学式），若有1molO2生成，转移电子的物质的量为10 mol。

（3）某反应体系中有六种数粒：Fe（OH）3、ClO—、OH—、FeO42—，Cl—、H2O，写出在碱性条件下，制高铁酸钾的离子反应方程式2Fe(OH)3+3ClO—+4OH—＝2FeO42—+3Cl—+5H2O。（4）在水处理过程中，K2FeO4中的铁元素转化为Fe（OH）3胶体，使水中悬浮物聚沉。胶体区别于其他分散系的本质特征是分散质粒子直径介于1～100nm。

【解答】解：（1）K2FeO4中铁元素的化合价是0﹣（﹣2）×4﹣（+1）×2＝+6 。

（2）Fe元素的化合价由+2价升高为+6价，过氧化钠中O元素的化合价既升高也降低，则还原剂为FeSO4、Na2O2，若有1molO2生成，5molNa2O2作氧化剂，转移电子的物质的量为5mol×2×1＝10mol，

（3）在碱性条件下，制高铁酸钾的离子反应方程式为2Fe（OH）3+3ClO—+4OH—＝2FeO42—+3Cl—+5H2O，（4）胶体区别于其他分散系的本质特征是分散质粒子直径介于1～100nm，

2．以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：

（1）焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为SO2+OH—==HSO3—。（2）添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如题图所示。

已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃

硫去除率＝（1﹣）×100%

①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。

②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中。

（3）向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由NaAlO2（填化学式）转化为Al(OH)3（填化学式）。

（4）“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3．Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，

理论上完全反应消耗的n（FeS2）：n（Fe2O3）＝1：16。

【解答】解：（1）用NaOH溶液吸收过量SO2生成HSO3—，则发生反应的离子方程式为：SO2+OH—═HSO3—，故答案为：SO2+OH—═HSO3—；

（2）①不添加CaO的矿粉中S元素来源是FeS2和金属硫酸盐，金属硫酸盐的分解温度较高，所以可判断焙烧过程中S元素主要来源是FeS2，

②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，考虑加入CaO可能使

S转化为CaSO4，形成的硫酸盐分解温度较高，所以会导致S的脱除率降低，

故答案为：硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中；

（3）过滤前使用NaOH溶液进行碱浸，Al2O3转化为NaAlO2，“过滤”得到的滤液中主要含有AlO2—，

向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，可以将AlO2—转化为Al（OH）3，

故答案为：NaAlO2；Al（OH）3；

（4）过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3，Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，设有x mol Fe2O3和y mol FeS2完全参加反应，根据电子得失守恒：2x×（3﹣）＝2y×5+y×﹣2），解得，所以理论上完全反应消耗的n（FeS2）：n（Fe2O3）＝1：16，故答案为：1：16。

3．铝是应用广泛的金属。以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如下：

注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为Al2O3+2OH—═2AlO2—+H2O。（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH减小（填“增大”、“不变”或“减小”）。（5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN．在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜。

【解答】解：（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为Al2O3+2OH—═2AlO2—+H2O；

（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，与NaAlO2反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠，碱性为OH—＞AlO2—＞CO32—，可知溶液的pH减小，故答案为：减小；

（5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN．在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN 的制备，其主要原因是NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜，故答案为：NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜。

4．七铝十二钙（12CaO•7Al2O3）是新型的超导材料和发光材料，用白云石（主要含CaCO3和MgCO3）和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：

（1）锻粉主要含MgO和CaO，用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，若滤液Ⅰ中c（Mg2+）小于5×10—6mol•L—1，则溶液pH大于11（Mg（OH）2的K sp＝5×10—12）；该工艺