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专题12 最佳条件选择专练1CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问题:(1)CO2与CH4经催化重整,制得合成气:CH4(g)+ CO2(g) 2CO (g)+ 2H2(g)按一定体积比加入CH4和CO2,在恒压下发生反应,温度对CO和H2产率的影响如图3所示。此反应优选温度为900的原因是_。【答案】900 时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低【解析】根据图3得到,900时反应产率已经比较高,温度再升高,反应产率的增大并不明显,而生产中的能耗和成本明显增大,经济效益会下降,所以选择900为反应最佳温度。2一种利用水钴矿主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等制取CoCl26H2O的工艺流程如下:已知:浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Al3+、Mn2+、Ca2+、Mg2+等部分阳离子开始沉淀和完全沉淀的pH见下表CoCl26H2O熔点86,易溶于水、乙醚等;常温下稳定,加热至110120时失去结晶水变成无水氯化钴。(1)加萃取剂的目的是_;金属离子在萃取剂中的萃取率与pH的关系如图,据此分析pH的最佳范图为_(填字母序号)。A.2.02.5 B.3.03.5 C.4.04.5 D.5.05.5【答案】 除去溶液中的Mn2+ B 【解析】(1)根据流程图可知,存在Mn2+、Co2+金属离子的溶液中,加入萃取剂的目的是除去溶液中的Mn2+;由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知,调节溶液PH在3.03.5之间,故选B。3镍钴锰酸锂电池是一种高功率动力电池。采用废旧锂离子电池回收工艺制备镍钴锰酸锂三元正极材料(LiNi1xy) Cox MnyO2)的工艺流程如下:回答下列问题:(1)溶液温度和浸渍时间对钻的浸出率影响如图所示:则浸出过程的最佳条件是_。【答案】 75、30min 【解析】(1)由图可知,在75、30min条件下钴的浸出率最高。4工业上以软锰矿(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰(MnCO3)。其工业流程如下: (1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成,温度对“浸锰”反应的影响如右图所示,为减少 MnS2O6 的生成,“浸锰”的适宜温度是_。(2)向过滤所得的滤液中加入NH4HCO3 溶液时温度控制在30-35,温度不宜太高的原因是_。【答案】 90 防止NH4HCO3受热分解,提高原料的利用率 【解析】 (1)分析图象可知温度在90以后MnS2O6的生成率较低,锰的浸出率较高,且温度较低节约能源,故浸锰的适宜温度为90;(2)铵盐受热分解,向过滤所得的滤液中加入碳酸氢铵溶液,温度控制在30-35的原因是防止NH4HCO3受热分解,提高原料的利用率。5磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一,作为信息产业和机电工业的重要基础功能材料,磁性材料广泛用于电子信息、军事技术等领域。碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体,工业上以软锰矿(主要成分为MnO2)和黄铁矿(主要成分为FeS2)为主要原料制备碳酸锰的主要工艺流程如下:已知:几种金属离子沉淀的pH如下表。Fe2Fe3Cu2Mn2开始沉淀的pH7.53.25.28.8完全沉淀的pH9.23.77.810. 4回答下列问题:(1)下图为黄铁矿的质量分数对锰浸出率的影响,仅据图中信息,黄铁矿的质量分数应保持在_左右。【答案】 40 【解析】(1)由图可读出,黄铁矿的质量分数应保持在40左右.6氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下已知:菱锰矿的主要成分是MnCO3,还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。相关金属离子c0(Mn+)=0.1mol/L形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:常温下,CaF2、MgF2的溶度积分别为1.461010、7.421011。回答下列问题:(1)分析下列图1、图2、图3,氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:焙烧温度为_、氯化铵与锰矿粉的质量之比为_、焙烧时间为_。【答案】 500 1.10 60min 【解析】(1)氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:焙烧温度为500、氯化铵与锰矿粉的质量之比为1.10、焙烧时间为60min。7某含锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等。已知FeCO3、MnCO3难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰,主要流程如下: (1)保持其他条件不变,在不同温度下对含锰矿物进行酸浸,锰浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为_、_min。【答案】70 120min 【解析】(1)根据锰浸出率随时间变化图表信息可知,温度低,锰浸出率低,温度为90时,锰浸出率与70相差无几,锰浸出率最佳条件:时间在120min,温度为70,锰浸出率最好;综上所述,本题答案是:70 ,120min。8粉煤灰(主要含有 SiO2、Fe2O3、Al2O3 等)是燃煤发电过程中产生的废渣,粉煤灰的综合利用具有 很大的价值。研究人员通过实验对粉煤灰中铝和铁元素的分离工艺进行了研究。(1)使用碱性较弱的氨水为pH调节剂,进行分离实验。氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为_。反应终点的pH对铝和铁分离效果的影响如下图。根据实验结果,为达到好的分离效果,反应过程中控制pH的 范围是_,选择该范围的理由是_。【答案】3NH3H2OAl3+Al(OH)33NH4+ 略小于5 铝元素沉淀较多,铁元素还没有开始大量的沉淀【解析】(1)一水合氨是弱碱,与铝离子反应生成氢氧化铝沉淀,反应的离子方程式为:3NH3H2OAl3+Al(OH)33NH4+;综上所述,本题答案是:3NH3H2OAl3+Al(OH)33NH4+。由图可知:pH略小于5时,Al的沉淀率较高(接近90%),而Fe的沉淀率较低(小于10%),当pH大于5时,Fe的沉淀率突然增大,且Al的沉淀率无明显变化,所以反应过程中控制pH略小于5;综上所述,本题答案是:略小于5,铝元素沉淀较多,铁元素还没有开始大量的沉淀。 9钛(22Ti)由于其特殊的性能被誉为“未来世纪的金属”。钛铁矿主要成分为FeTiO3(含有少量MgO、SiO2等杂质),Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿来制备,工艺流程如下: (1)过程中,铁的浸出率结果如图所示。由图可知,当铁的浸出率为80%时,所采用的实验条件是_。(2)过程中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成(NH4)2Ti5O15溶液时,Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示,反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是_。【答案】100 3小时 温度过高,双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降【解析】(1)由图中三条曲线可得,当铁的浸出率为80%时,应为100、约浸取3小时。(2)由于二氧化钛与氨水、双氧水反应生成(NH4)2Ti5O15时,温度过高,双氧水和氨水都容易分解(双氧水分解与氨气逸出),所以反应温度过高时,Ti元素浸出率下降。10钴被誉为战略物资,有出色的性能和广泛的应用。以水钴矿(主要成分为Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等)为原料制备CoCl26H2O的工艺流程如图所示:回答下列问题:“酸浸”(1)钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如下图所示。综合考虑成本,应选择的最佳工艺条件为_、_;滤渣的主要成分为_。【答案】12h 90 SiO2(二氧化硅)【解析】 (1)根据钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系,推出在12h、90时钴的浸出率最高;根据水钴矿的成分,SiO2是酸性氧化物,不与酸反应,即滤渣的主要成分是SiO2。11一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料制取醋酸镍的工艺流程图如下: (1)保持其他条件不变,在不同温度下对含镍废料进行酸浸,镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间为_。 【答案】 70和120min【解析】根据以上分析,(1)由图象可知,为70、120min时,酸浸出率最高,故答案为:70和120min。12以黄铁矿为原料制备硫酸会产生大量的废渣,合理利用废渣可以减少环境污染,变废为宝。工业上,可利用废渣(含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量 CaO和MgO)制备高档颜料铁红(Fe2O3) 和回收(NH4)2SO4,具体生产流程如下。已知:铵黄铁矾的化学式为(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12。(1)根据下图有关数据,你认为工业上氧化操作时应控制的最佳温度和pH是:_。【答案】80 ,pH=1.5 【解析】(4)分析图象可知在80时 溶液PH=1.5,此时亚铁离子的氧化率在90%以上,时间在4h左右。13铜的电解实现了铜与杂质的分离,也造成了一部分资重金属进入阳极泥中,通过对阳极泥的综合处理可以回收可观的宝贵金属。稀散元素硒和碲广泛用于治金工业、 电子工业、国防工业、 医学和农业等领域,需求量越来越大。电解精炼铜的阳极泥主要成分为Cu2Se、Cu2Te和少量金属单质Au等, 工业上从其中同收碲、硒的一种工艺流程如图:已知: TeO2是两性氧化物,Se和TeO2的物理性质如下表:物理性质熔点沸点水溶性Se221685难溶于水TeO27331260微溶于水 (1)“沉碲”时控制溶液的pH为4.5-5.0,生成TeO2沉淀。如果H2SO4过量,溶液酸度过大,将导致“沉碲”不完全,原因是_ 。(2)过滤所得粗硒中含有Ni、Fe、Cu等杂质,可采用真空蒸馏的方法进行提纯,获得纯硒。真空蒸馏的挥发物中硒含量与温度的关系如图所示。蒸馏操作中控制的最佳温度是_ (填序号)a. 455 b. 462 c.475 d. 515【答案】 TeO2是两性氧化物,H2SO4过量会导致TeO2继续与H2SO4反应导致损失 c 【解析】(4)TeO2与盐酸反应生成TeCl4,之后被SO2还原成Te,SO2的氧化产物为H2SO4,反应方程式为:TeCl4+2SO2+4H2O=Te+4HCl+2H2SO4 。(1)TeO2是两性氧化物,因此H2SO4过量会导致TeO2继续与H2SO4反应导致损失。(2)从硒含量与温度的关系图知,蒸馏操作中控制的最佳温度是475,故选c。14工业上用含三价钒(V2O3)为主的某
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