09 第一部分 大题突破1 化学工艺流程题（Word教参）-【精讲精练】2024年高考化学二轮专题辅导与训练(B版)

大题突破(一)　化学工艺流程题 [对应学生用书P38] 1．(2023·全国乙卷)LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备LiMn2O4的流程如下： 已知：Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝5.5×10－16。 回答下列问题： (1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为_______________________________________。为提高溶矿速率，可采取的措施是____________(举1例)。 (2)加入少量MnO2的作用是________________。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是____________________________。 (3)溶矿反应完成后，反应器中溶液pH＝4，此时c(Fe3＋)＝________ mol·L－1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是________。 (4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有____________。 (5)在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为____________________________ ____________。随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断________。电解废液可在反应器中循环利用。 (6)煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是_____________________________ ___________。 解析　根据题给的流程，将菱锰矿置于反应器中，加入硫酸和MnO2，可将固体溶解为离子，将杂质中的Fe、Ni、Al等元素物质也转化为其离子形式，同时，加入的MnO2可以将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋；随后将溶液pH调至约等于7，此时，根据已知条件给出的三种氢氧化物的溶度积可以将溶液中的Al3＋沉淀出来；随后加入BaS，可以将溶液中的Ni2＋沉淀，得到相应的滤渣；后溶液中含有大量的Mn2＋，将此溶液置于电解槽中电解，得到MnO2，将MnO2与碳酸锂共同煅烧得到最终产物LiMn2O4。 (1)菱锰矿中主要含有MnCO3，加入硫酸后可以与其反应，硫酸溶矿主要反应的化学方程式为：MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋H2O＋CO2↑；为提高溶矿速率，可以将菱锰矿粉碎。 (2)根据分析，加入MnO2的作用是将酸溶后溶液中含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，但不宜使用H2O2氧化Fe2＋，因为氧化后生成的Fe3＋可以催化H2O2分解，不能使溶液中的Fe2＋全部氧化为Fe3＋。 (3)溶矿完成以后，反应器中溶液pH＝4，此时溶液中c(OH－)＝1.0×10－10 mol·L－1，此时体系中含有的c(Fe3＋)＝＝2.8×10－9mol·L－1，这时，溶液中的c(Fe3＋)小于1.0×10－5，认为Fe3＋已经沉淀完全；用石灰乳调节至pH≈7，这时溶液中c(OH－)＝1.0×10－7 mol·L－1，溶液中c(Al3＋)＝1.3×10－12mol·L－1，c(Ni2＋)＝5.5×10－2mol·L－1，c(Al3＋)小于1.0×10－5，Al3＋沉淀完全，这一阶段除去的金属离子是Al3＋。 (4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，此时溶液中发生反应的离子方程式为BaS＋Ni2＋＋SO===BaSO4↓＋NiS↓，生成的沉淀有BaSO4、NiS。 (5)在电解槽中，Mn2＋发生反应生成MnO2，反应的离子方程式为Mn2＋＋2H2OH2↑＋MnO2↓＋2H＋；电解时电解液中Mn2＋大量减少，H＋大量增加，需要加入水以保持电解液成分的稳定。 (6)煅烧窑中MnO2与Li2CO3发生反应生成LiMn2O4，反应的化学方程式为2Li2CO3＋8MnO24LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。 答案　(1)MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋H2O＋CO2↑　粉碎菱锰矿　(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　Fe3＋可以催化H2O2分解　(3)2.8×10－9　Al3＋　(4)BaSO4、NiS　(5)Mn2＋＋2H2OH2↑＋MnO2↓＋2H＋　加入水　(6)2Li2CO3＋8MnO24LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑ 2．(2023·山东卷)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SO和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下： 已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。 回答下列问题： (1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2OH＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3与NaOH溶