高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)專項(xiàng)練習(xí)專練22化學(xué)工藝流程題

專練22化學(xué)工藝流程題1．[2020·全國卷Ⅰ]釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以＋3、＋4、＋5價(jià)的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。該工藝條件下，溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金屬離子Fe3＋Fe2＋Al3＋Mn2＋開始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列問題：(1)“酸浸氧化”需要加熱，其原因是________________________________________________________________________。(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VOeq\o\al(＋,2)，同時(shí)還有________離子被氧化。寫出VO＋轉(zhuǎn)化為VOeq\o\al(＋,2)反應(yīng)的離子方程式________________________________________________________________________。(3)“中和沉淀”中，釩水解并沉淀為V2O5·xH2O，隨濾液②可除去金屬離子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的________。(4)“沉淀轉(zhuǎn)溶”中，V2O5·xH2O轉(zhuǎn)化為釩酸鹽溶解。濾渣③的主要成分是________。(5)“調(diào)pH”中有沉淀生成，生成沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________。(6)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時(shí)，需要加入過量NH4Cl，其原因是____________________________。2．[2019·全國卷Ⅰ]硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工業(yè)。一種以硼鎂礦(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如下：回答下列問題：(1)在95℃“溶浸”硼鎂礦粉，產(chǎn)生的氣體在“吸收”中反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________。(2)“濾渣1”的主要成分有____________。為檢驗(yàn)“過濾1”后的濾液中是否含有Fe3＋離子，可選用的化學(xué)試劑是____________。(3)根據(jù)H3BO3的解離反應(yīng)：H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)eq\o\al(－,4)，Ka＝5.81×10－10，可判斷H3BO3是________________酸；在“過濾2”前，將溶液pH調(diào)節(jié)至3.5，目的是________________。(4)在“沉鎂”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的離子方程式為________________，母液經(jīng)加熱后可返回________________工序循環(huán)使用。由堿式碳酸鎂制備輕質(zhì)氧化鎂的方法是____________。3．焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉栴}：(1)生產(chǎn)Na2S2O5，通常是由NaHSO3過飽和溶液經(jīng)結(jié)晶脫水制得。寫出該過程的化學(xué)方程式______________________________________。(2)利用煙道氣中的SO2生產(chǎn)Na2S2O5的工藝為：①pH＝4.1時(shí)，Ⅰ中為________溶液(寫化學(xué)式)。②工藝中加入Na2CO3固體、并再次充入SO2的目的是____________________。(3)制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應(yīng)式為____________________。電解后，________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進(jìn)行結(jié)晶脫水，可得到Na2S2O5。(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑。在測定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時(shí)，取50.00mL葡萄酒樣品，用0.01000mol·L－1的碘標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn)，消耗10.00mL。滴定反應(yīng)的離子方程式為__________________________，該樣品中Na2S2O5的殘留量為________g·L－1(以SO2計(jì))。4．[2019·全國卷Ⅲ]高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦(還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制備，工藝如下圖所示?；卮鹣铝袉栴}：相關(guān)金屬離子[c0(Mn＋)＝0.1mol·L－1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Mn2＋Fe2＋Fe3＋Al3＋Mg2＋Zn2＋Ni2＋開始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9(1)“濾渣1”含有S和________；寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應(yīng)的化學(xué)方程式________________。(2)“氧化”中添加適量的MnO2的作用是________________________________________________________________________。(3)“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為________～6之間。(4)“除雜1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“濾渣3”的主要成分是________。(5)“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2＋。若溶液酸度過高，Mg2＋沉淀不完全，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)寫出“沉錳”的離子方程式________________________________________________________________________。(7)層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學(xué)式為LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合價(jià)分別為＋2、＋3、＋4。當(dāng)x＝y(tǒng)＝eq\f(1,3)時(shí)，z＝________。5．[2020·全國卷Ⅲ]某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O)：溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金屬離子Ni2＋Al3＋Fe3＋Fe2＋開始沉淀時(shí)(c＝0.01mol·L－1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全時(shí)(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH8.74.73.29.0回答下列問題：(1)“堿浸”中NaOH的兩個(gè)作用分別是______________________________________。為回收金屬，用稀硫酸將“濾液①”調(diào)為中性，生成沉淀。寫出該反應(yīng)的離子方程式______________________。(2)“濾液②”中含有的金屬離子是__________________。(3)“轉(zhuǎn)化”中可替代H2O2的物質(zhì)是________________。若工藝流程改為先“調(diào)pH”后“轉(zhuǎn)化”，即eq\o(→,\s\up7(濾液②))eq\o(→,\s\up7(濾液③),\s\do5())，“濾液③”中可能含有的雜質(zhì)離子為________。(4)利用上述表格數(shù)據(jù)，計(jì)算Ni(OH)2的Ksp＝__________________(列出計(jì)算式)。如果“轉(zhuǎn)化”后的溶液中Ni2＋濃度為1.0mol·L－1，則“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是________。(5)硫酸鎳在強(qiáng)堿溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應(yīng)的離子方程式____________________________。(6)將分離出硫酸鎳晶體后的母液收集、循環(huán)使用，其意義是____________________________。6．[2019·全國卷Ⅱ]立德粉ZnS·BaSO4(也稱鋅鋇白)，是一種常用白色顏料?；卮鹣铝袉栴}：(1)利用焰色反應(yīng)的原理既可制作五彩繽紛的節(jié)日煙花，亦可定性鑒別某些金屬鹽。灼燒立德粉樣品時(shí)，鋇的焰色為________(填標(biāo)號(hào))。A．黃色B．紅色C．紫色D．綠色(2)以重晶石(BaSO4)為原料，可按如下工藝生產(chǎn)立德粉：①在回轉(zhuǎn)爐中重晶石被過量焦炭還原為可溶性硫化鋇，該過程的化學(xué)方程式為________?；剞D(zhuǎn)爐尾氣中含有有毒氣體，生產(chǎn)上可通過水蒸氣變換反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為CO2和一種清潔能源氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。②在潮濕空氣中長期放置的“還原料”，會(huì)逸出臭雞蛋氣味的氣體，且水溶性變差，其原因是“還原料”表面生成了難溶于水的________(填化學(xué)式)。③沉淀器中反應(yīng)的離子方程式為________。(3)成品中S2－的含量可以用“碘量法”測得。稱取mg樣品，置于碘量瓶中，移取25.00mL0.1000mol·L－1的I2－KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密閉，置暗處反應(yīng)5min，有單質(zhì)硫析出。以淀粉為指示劑，過量的I2用0.1000mol·L－1Na2S2O3溶液滴定，反應(yīng)式為I2＋2S2Oeq\o\al(2－,3)=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6)。測定時(shí)消耗Na2S2O3溶液體積VmL。終點(diǎn)顏色變化為________，樣品中S2－的含量為________(寫出表達(dá)式)。專練22化學(xué)工藝流程題1．(1)加快酸浸和氧化反應(yīng)速率(促進(jìn)氧化完全)(2)Fe2＋VO＋＋MnO2＋2H＋=VOeq\o\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O(3)Mn2＋Al3＋和Fe3＋(4)Fe(OH)3(5)NaAl(OH)4＋HCl=Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O(6)利用同離子效應(yīng)，促進(jìn)NH4VO3盡可能析出完全解析：(1)加熱的目的是使反應(yīng)完全，加快酸浸速率。(2)Fe3O4與硫酸反應(yīng)生成Fe2＋和Fe3＋，F(xiàn)e2＋能夠被氧化為Fe3＋；VO＋中釩元素化合價(jià)為＋3，VOeq\o\al(＋,2)中釩元素化合價(jià)為＋5，VO＋被MnO2氧化為VOeq\o\al(＋,2)，MnO2被還原為Mn2＋，結(jié)合得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒配平：VO＋＋MnO2＋2H＋=VOeq\o\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O。(3)pH＝3.0～3.1時(shí)，Mn2＋還未沉淀，所以濾液②中有Mn2＋，另外Fe3＋、Al3＋在該pH范圍內(nèi)沒有沉淀完全，部分留在濾液②中。(4)濾餅②中除了有V2O5·xH2O，還有少量Fe(OH)3和Al(OH)3，加NaOH調(diào)pH>13，V2O5·xH2O與NaOH反應(yīng)生成NaVO3，Al(OH)3與NaOH反應(yīng)生成NaAl(OH)4，F(xiàn)e(OH)3不與NaOH反應(yīng)，所以濾渣③是Fe(OH)3。(5)“調(diào)pH”的目的是將NaAl(OH)4轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀除去，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaAl(OH)4＋HCl=Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O，則濾渣④為Al(OH)3。(6)加入過量NH4Cl固體，c(NHeq\o\al(＋,4))增大，根據(jù)同離子效應(yīng)，可促進(jìn)NH4VO3晶體盡可能完全析出。2．(1)NH4HCO3＋NH3=(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱轉(zhuǎn)化為H3BO3，促進(jìn)析出(4)2Mg2＋＋3COeq\o\al(2－,3)＋2H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCOeq\o\al(－,3)[或2Mg2＋＋2COeq\o\al(2－,3)＋H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑]溶浸高溫焙燒解析：本題涉及的考點(diǎn)有離子方程式的書寫、Fe3＋的檢驗(yàn)、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用，考查了學(xué)生解讀化學(xué)工藝流程，將題給信息與已學(xué)知識(shí)相結(jié)合分析、解決化學(xué)問題的能力。(1)“溶浸”步驟產(chǎn)生的“氣體”是NH3，用NH4HCO3溶液吸收NH3的化學(xué)方程式為NH3＋NH4HCO3=(NH4)2CO3。(2)根據(jù)流程圖可知，F(xiàn)e2O3、Al2O3在“過濾1”步驟中除去，SiO2不溶于(NH4)2SO4溶液，故“濾渣1”的主要成分有SiO2、Fe2O3、Al2O3；檢驗(yàn)Fe3＋通常選用KSCN溶液。(3)根據(jù)H3BO3的解離反應(yīng)以及電離平衡常數(shù)，可判斷H3BO3是一元弱酸；在“過濾2”操作前B元素主要以B2Oeq\o\al(4－,5)的形式存在，調(diào)節(jié)pH至3.5后生成了H3BO3沉淀，由此可推斷調(diào)節(jié)pH的目的是將B2Oeq\o\al(4－,5)轉(zhuǎn)化成H3BO3。(4)反應(yīng)物有Mg2＋、COeq\o\al(2－,3)，生成物有Mg(OH)2·MgCO3沉淀，再結(jié)合電荷守恒、原子守恒可寫出反應(yīng)的離子方程式；“沉鎂”后的母液的主要成分為(NH4)2SO4，可供“溶侵”工序循環(huán)使用；Mg(OH)2、MgCO3在高溫條件下均易分解生成MgO，故高溫焙燒堿式碳酸鎂可以制備輕質(zhì)氧化鎂。3．(1)2NaHSO3=Na2S2O5＋H2O(2)①NaHSO3②得到NaHSO3過飽和溶液(3)2H2O－4e－=4H＋＋O2↑a(4)S2Oeq\o\al(2－,5)＋2I2＋3H2O=2SOeq\o\al(2－,4)＋4I－＋6H＋0.128解析：(1)由題可知，NaHSO3脫水轉(zhuǎn)化為Na2S2O5，故可寫出化學(xué)方程式：2NaHSO3=Na2S2O5＋H2O。(2)①Na2S2O5由NaHSO3過飽和溶液脫水結(jié)晶而來，因而溶液Ⅲ為NaHSO3，而Ⅰ和ⅢPH相同，溶質(zhì)相同，也為NaHSO3。②通SO2使得NaHSO3變多，濃度變大，得到NaHSO3過飽和溶液。(3)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，H＋通過陽離子交換膜由陽極向a室移動(dòng)，得到NaHSO3，故a室NaHSO3增多。(4)根據(jù)題意，S2Oeq\o\al(2－,5)與I2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成SOeq\o\al(2－,4)和I－，即eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(S2O\o\al(2－,5)＋2I2＋3H2O=2SO\o\al(2－,4)＋4I－＋6H＋,12,x0.01×10×10－3mol))解得x＝0.5×10－4，則SO2物質(zhì)的量為0.5×2×10－4mol，所以最后的殘留量＝eq\f(0.5×2×10－4mol×64g·mol－1,50.00×10－3L)＝0.128g·L－1。4．(1)SiO2(不溶性硅酸鹽)MnO2＋MnS＋2H2SO4=2MnSO4＋S＋2H2O(2)將Fe2＋氧化為Fe3＋(3)4.7(4)NiS和ZnS(5)F－與H＋結(jié)合形成弱電解質(zhì)HF，MgF2Mg2＋＋2F－平衡向右移動(dòng)(6)Mn2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=MnCO3↓＋CO2↑＋H2O(7)eq\f(1,3)解析：本題涉及元素化合物知識(shí)的綜合應(yīng)用，通過工藝流程形式給出信息，考查分析和解決化學(xué)工藝流程問題的能力，根據(jù)題給信息書寫相應(yīng)的化學(xué)方程式和離子方程式，體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。(1)由題干信息可知，濾渣有生成的S和不與H2SO4反應(yīng)的SiO2(或?qū)懖蝗苄怨杷猁})；依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理可知，MnO2作氧化劑，MnS作還原劑，由此可寫出化學(xué)方程式。(2)Fe溶于H2SO4中得到Fe2＋，為了去除方便，需將Fe2＋氧化為Fe3＋。(3)由相關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍可知除鐵和鋁時(shí)溶液pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為4.7～6之間。(4)NiS和ZnS是難溶于水的硫化物。(5)MgF2(s)Mg2＋(aq)＋2F－(aq)，若增大H＋濃度，F(xiàn)－與H＋會(huì)結(jié)合成弱電解質(zhì)HF而使沉淀溶解平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致溶液中Mg2＋沉淀不完全。(6)由于HCOeq\o\al(－,3)H＋＋COeq\o\al(2－,3)，COeq\o\al(2－,3)與Mn2＋可形成MnCO3沉淀，使HCOeq\o\al(－,3)電離平衡正向移動(dòng)，H＋濃度增大，H＋與HCOeq\o\al(－,3)反應(yīng)生成H2O和CO2，所以離子方程式為Mn2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=MnCO3↓＋CO2↑＋H2O。(7)根據(jù)化合物中各元素正、負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，可知＋1＋(＋2)×x＋(＋3)×y＋(＋4)×z＋(－2)×2＝0，將x＝y(tǒng)＝eq\f(1,3)代入計(jì)算，可得z＝eq\f(1,3)。5．(1)除去油脂、溶解鋁及其氧化物Al(OH)eq\o\al(－,4)＋H＋=Al(OH)3↓＋H2O(2)Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋(3)O2或空氣Fe3＋(4)0.01×(107.2－14)2[或10－5×(108.7－14)2]3.2～6.2(5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－=2NiOOH↓＋Cl－＋H2O(6)提高鎳回收率解析：(1)油脂可在NaOH溶液中發(fā)生水解反應(yīng)生成可溶性的高級(jí)脂肪酸鈉和甘油，并且NaOH溶液能溶解Al和Al2O3,2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑、Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O，故“堿浸”中NaOH的兩個(gè)作用分別是除去油脂和溶解鋁及其氧化物?！盀V液①”中含有Na[Al(OH)4](也可寫成NaAlO2)，向其中加入稀H2SO4調(diào)為中性會(huì)生成Al(OH)3沉淀，反應(yīng)的離子方程式為Al(OH)eq\o\al(－,4)＋H＋=Al(OH)3↓＋H2O或AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓。(2)“濾餅①”中含有Ni、Fe、NiO、FeO、Fe2O3以及少量其他不溶物，加入稀H2SO4后主要發(fā)生反應(yīng)Ni＋2H＋=Ni2＋＋H2↑、Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、NiO＋2H＋=Ni2＋＋H2O、FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O、Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O，故“濾液②”中含有的金屬離子是Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋。(3)H2O2的作用是在酸性條件下將Fe2＋氧化為Fe3＋(2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O)，且在“轉(zhuǎn)化”中不引入新雜質(zhì)，故可替代H2O2的物質(zhì)是O2或空氣，發(fā)生反應(yīng)4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O，也不引入新雜質(zhì)。加NaOH溶液“調(diào)pH”的目的是生成Fe(OH)3沉淀除去Fe3＋，為除盡Fe3＋而又不生成Ni(OH)2沉淀，需控制pH范圍：3.2≤pH<7.2；此時(shí)溶液中