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    2019高考化学精编大题强化训练2 化学工艺流程的解答策略(含答案)

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    大题强化训练(二化学工艺流程的解答策略
    (教师用书
    1．(2017·全国卷ⅠLi4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质来制备。工艺流程如下：

    回答下列问题：
    (1“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为____________________________。

    (2TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：
    温度/℃TiO2·xH2O转化率/%
    3092
    3595
    4097
    4593
    5088
    分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因______________________________________________________________________________________。(3Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。
    (4若“滤液②”中c(Mg2＋＝0.02mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋＝1.0×10－5mol·L－1，此时是否有Mg3(PO42沉淀生成？________(列式计算。FePO4、Mg3(PO42的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24。
    ____________________________________________________________。(5写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_____________________________________________________________



    ____________________________________________________________。
    【解析】(1根据图像分析，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为100℃、2h或90℃、5h。(2当温度低于40℃时，H2O2、NH3·H2O不易分解，但是温度低，反应速率慢，TiO2·xH2O转化率低；当温度高于40℃时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O的转化率低。
    (3设Li2Ti5O15中过氧键的数目为x，则非过氧键氧原子数目为15－2x，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零可得：2x＋2×(15－2x＝1×2＋4×5，解得：x＝4。
    －(4根据Ksp(FePO4＝1.3×10－22及Fe3＋恰好完全沉淀时溶液中c(Fe3＋＝1.0×10－5mol·L－1，可得c(PO34
    1.3×10－220.02
    －1－17－12＋－＝mol·L＝1.3×10mol·L。c(Mg＝mol·L－1＝0.01mol·L－1，则c3(Mg2＋·c2(PO34－51.0×102＝0.013×(1.3×10－172＝1.69×10－40≈1.7×10－40<Ksp[Mg3(PO42]＝1.0×10－24，因此不会生成Mg3(PO42沉淀。
    (5煅烧过程中，Fe元素化合价由＋3降至＋2，被还原，则H2C2O4应作还原剂，其氧化产物为CO2，反应高温
    的化学方程式为2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4=====2LiFePO4＋3CO2↑＋H2O。
    【答案】(1100℃、2h或90℃、5h
    (2低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降(34
    －(4Fe3＋恰好沉淀完全时，c(PO34＝
    1.3×10－221.0×10－5
    －mol·L－1＝1.3×10－17mol·L－1，c3(Mg2＋·c2(PO34值为
    0.013×(1.3×10－172≈1.7×10－40<Ksp[Mg3(PO42]，因此不会生成Mg3(PO42沉淀
    高温
    (52FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4=====2LiFePO4＋3CO2↑＋H2O
    2．(2018·成都一模高锰酸钾常用作消毒杀菌剂、水质净化剂等。某小组用软锰矿(主要含MnO2，还含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等杂质模拟工业制高锰酸钾流程如下。试回答下列问题：

    焙烧
    (1配平焙烧时发生的化学反应方程式：________MnO2＋________________＋________O2=====



    ________K2MnO4＋________H2O；工业生产中采用对空气加压的方法提高MnO2利用率，试用碰撞理论解释其原因：___________
    ____________________________________________________________。
    (2滤渣Ⅱ的成分有________(化学式；第一次通CO2不能用稀盐酸代替的原因是_______________________________________________________
    ___________________________________________________________。(3第二次通入过量CO2生成MnO2的离子方程式为______________。

    (4将滤液Ⅲ进行一系列操作得KMnO4。由图像可知，从滤液Ⅲ得到KMnO4需经过______、________、洗涤等操作。
    (5工业上按上述流程连续生产。用含a%MnO2的软锰矿1吨，理论上最多可制KMnO4________吨。(保留2位有效数字
    (6利用电解法可得到更纯的KMnO4。用惰性电极电解滤液Ⅱ。①电解槽阳极反应式为________________________________________。②阳极还可能有气体产生，该气体是________。
    【解析】由流程图可知，软锰矿在空气和碱性环境中焙烧冷却后，得到K2MnO4、硅酸盐、偏铝酸盐和Fe2O3，过滤后，滤液中是K2MnO4、硅酸盐、偏铝酸盐，通入CO2生成H2SiO3和Al(OH3沉淀，滤液中第二次通入过量CO2生成KMnO4。(2滤渣Ⅱ是H2SiO3和Al(OH3沉淀；盐酸是强酸，易将Al(OH3沉淀溶解，不
    －宜掌握用量。(3第二次通入的CO2和溶液中的K2MnO4反应的离子方程式为3MnO24＋4CO2＋－2H2O===MnO2↓＋2MnO－4＋4HCO3。(4由曲线可知，KMnO4溶解度随温度变化较小，故使用蒸发结晶法，
    趁热过滤。(5依据工艺流程，含Mn物质间的定量转化应为：
    21
    MnO2～K2MnO4～KMnO4＋MnO2
    33
    1t×a%
    但是MnO2循环利用，多次转化，可视为原料中的Mn全部转化为KMnO4所以：m(KMnO4＝×
    87
    －－－②阳极还可能发生4OH－－e－===O158＝0.018at。(6①电解滤液Ⅱ，阳极被氧化MnO24－e===MnO4。2


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