專項12-工藝流程的目的、作用、原因(原卷版)

備戰(zhàn)2022年高考化學(xué)－工藝流程專項復(fù)習(xí)系列專項12－工藝流程的目的、作用、原因一．例題廢舊可充電電池主要含有Fe、Ni、Cd、Co等金屬元素，一種混合處理各種電池回收金屬的新工藝如下圖所示。已知：Ⅰ．濾液①中含有Ni(NH3)62+、Cd(NH3)42+、Co(NH3)62+等物質(zhì)。Ⅱ．萃取和反萃取的反應(yīng)原理分別為:Ni(NH3)62++2HRNiR2+2NH4++4NH3；NiR2+2H+Ni2++2HR（1）為了加快浸取速率，可采取的措施為__________________________________（任寫一條）。（2）已知浸取過程中NH3和NH4+的物質(zhì)的量之和與Ni、Cd、Co浸取率的關(guān)系如表2所示。表2浸取過程中氨總量與各離子浸取率的關(guān)系編號n(NH3)+n(NH4+)/molNi浸取率/%Cd浸取率/%Co浸取率/%①2.697.288.698.1②3.586.098.886.7③4.898.498.894.9④5.697.785.196.8⑤9.895.684.196.1則可采用的最佳實驗條件編號為___________。（3）Co(OH)3與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體單質(zhì)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式____________________________________。（4）操作①的名稱為_______________、過濾、洗滌。（5）向有機相中加入H2SO4能進行反萃取的原因為___________________________________________（結(jié)合平衡移動原理解釋）。（6）將水相加熱并通入熱水蒸氣會生成CdCO3沉淀，并產(chǎn)生使紅色石蕊試紙變藍的氣體，該反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________________。（7）上述工藝流程中可能循環(huán)使用的物質(zhì)為______________________________。（8）已知Ksp(CdCO3)=1.0×10-12，Ksp(NiCO3)=1.4×10-7。若向物質(zhì)的量濃度均為0.2mol/L的Cd2+和Ni2+溶液中滴加Na2CO3溶液(設(shè)溶液體積增加1倍)，使Cd2+恰好沉淀完全，即溶液中c(Cd2+)=1.0×10-5mol/L時，是否有NiCO3沉淀生成(填“是”或者“否”)________________________________________。二．例題設(shè)問的素養(yǎng)水平維度劃分總結(jié)出幾種問法的特點：（1）對物質(zhì)性質(zhì)及其變化進行分析和推斷（2）對化學(xué)實際問題進行條件的選擇與篩分（3）能根據(jù)化學(xué)平衡原理說明物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律（4）對化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)有一定的認識（5）根據(jù)已有經(jīng)驗設(shè)計簡單實驗三．對三種問法的定義目前很多模擬題命題與答案不嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致教學(xué)與考試不一致，結(jié)合高考題，給出答題要求。1．作用：使用試劑、裝置或操作在本步驟作為手段、工具，達成的效果。2．目的：在作用的基礎(chǔ)上，加上實驗或流程的最終要求，并且在反應(yīng)物、反應(yīng)過程、產(chǎn)物階段的目的要一致，但答題語言要區(qū)分。3．原因、理由：與目的得答題語言類似，涉及的內(nèi)容比較廣泛，一定要答出物質(zhì)、操作的效果，酌情回答對最終結(jié)果的影響。四．結(jié)合素養(yǎng)水平維度與定義分析1．作用【2019全國Ⅲ卷】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}：“氧化”中添加適量的MnO2的作用是________________________。2．目的【2020全國Ⅱ卷】苯甲酸可用作食品防腐劑。實驗室可通過甲苯氧化制苯甲酸，其反應(yīng)原理簡示如下：+KMnO4→+MnO2+HCl→+KCl（2）停止加熱，繼續(xù)攪拌，冷卻片刻后，從冷凝管上口慢慢加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液，并將反應(yīng)混合物趁熱過濾，用少量熱水洗滌濾渣。合并濾液和洗滌液，于冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化至苯甲酸析出完全。將析出的苯甲酸過濾，用少量冷水洗滌，放在沸水浴上干燥。稱量，粗產(chǎn)品為1.0g。加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液的目的是__________________________________________________________。3．原因、理由【2020全國Ⅰ卷】采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。“沉釩”中析出NH4VO3晶體時，需要加入過量NH4Cl，其原因是_______________________________________?！?019全國Ⅰ卷】硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一種重要鐵鹽。為充分利用資源，變廢為寶，在實驗室中探究采用廢鐵屑來制備硫酸鐵銨，具體流程如下：步驟③中選用足量的H2O2，理由是___________________________________________________。五．高考題與典型模擬題【2021甲卷】I2在KI溶液中可發(fā)生反應(yīng)。實驗室中使用過量的KI與CuSO4溶液反應(yīng)后，過濾，濾液經(jīng)水蒸氣蒸餾可制得高純碘。反應(yīng)中加入過量KI的原因是___________________________?！?021遼寧卷16】從釩鉻錳礦渣(主要成分為V2O5、Cr2O3、MnO)中提鉻的一種工藝流程如下：已知：pH較大時，二價錳在空氣中易被氧化?；卮鹣铝袉栴}：（6）“提純”過程中Na2S2O3的作用為___________________________________。【2020新課標(biāo)Ⅰ】釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價的化合物存在，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。回答下列問題：（1）“酸浸氧化”需要加熱，其原因是_________________________。（6）“沉釩”中析出NH4VO3晶體時，需要加入過量NH4Cl，其原因是_________________________。【2020新課標(biāo)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）：回答下列問題：（1）“堿浸”中NaOH的兩個作用分別是______________________________________________。（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______________________________?！?020年山東新高考】用軟錳礦（主要成分為MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3）和BaS制備高純MnCO3的工藝流程如下：回答下列問題：（2）保持BaS投料量不變，隨MnO2與BaS投料比增大，S的量達到最大值后無明顯變化，而Ba(OH)2的量達到最大值后會減小，減小的原因是________________________。【2020江蘇卷】實驗室由煉鋼污泥（簡稱鐵泥，主要成份為鐵的氧化物）制備軟磁性材料α?Fe2O3。其主要實驗流程如下：除雜。向“還原”后的濾液中加入NH4F溶液，使Ca2+轉(zhuǎn)化為CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、將會導(dǎo)致CaF2沉淀不完全，其原因是[，]?！揪毩?xí)】工業(yè)上常用水鈷礦（主要成分為Co2O3，還含少量Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO等雜質(zhì)）制備鈷的氧化物，其制備工藝流程如下（已知Na2SO3能還原Fe3＋和Co3＋）：（1）溶液a中加入NaClO的作用是___________________________________（2）溶液d中的金屬離子只有Co2＋和Na＋兩種，則溶液c中加入NaF溶液的作用是_______________3．工業(yè)上用含三價釩（V2O3）為主的某石煤為原料（含有Al2O3、CaO等雜質(zhì)），鈣化法焙燒制備V2O5，其流程如下：（資料）+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關(guān)系:pH4～66～88～1010～12主要離子VO2+VO3-V2O74-VO43-（2）轉(zhuǎn)沉：將浸出液中的釩轉(zhuǎn)化為NH4VO3固體，其流程如下：①浸出液中加入石灰乳的作用是_____。②向（NH4）3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH=7.5。當(dāng)pH>8時，NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低，原因是_______________?！揪毩?xí)】工業(yè)上用鈦白渣[主要成分為FeSO4，還含有少量Fe2（SO4）3、MgSO4及TiOSO4]為主要原料生產(chǎn)氧化鐵黃（FeOOH）的一種工藝流程如下：（1）“溶解”時，TiOSO4發(fā)生水解生成難溶于水的H2TiO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。（2）“除雜”時，加入NH4HF2固體的作用是______________________________________。（3）實驗測得反應(yīng)溶液的pH、溫度對氧化鐵黃產(chǎn)率的影響如圖所示。①反應(yīng)溫度宜選擇________。②氧化時應(yīng)控制pH的合理范圍是4.5左右，pH過小或過大均會導(dǎo)致氧化鐵黃產(chǎn)率較低，其可能原因是__________________________________?！揪毩?xí)】目前中藥在世界醫(yī)學(xué)界越來越受到關(guān)注。中藥藥劑砒霜（主要成分As2O3）可用于治療急性白血病。工業(yè)上利用酸性高濃度含砷廢水（砷主要以亞砷酸H3AsO3形式存在）提取As2O3的工藝流程如下：已知：As2S3與過量的S2-存在以下反應(yīng)：As2S3（s）+3S2-（aq）2AsS32-（2）“沉砷”中FeSO4的作用是________________________。（4）調(diào)節(jié)pH=0時，發(fā)現(xiàn)酸性越強，As2O3的產(chǎn)率越高?？赡艿脑蚴莀_________________?！揪毩?xí)】實驗室以工業(yè)廢鐵為原料制取綠礬(FeSO4·7H2O)，并用綠礬為原料制備Fe(OH)SO4溶液和NH4Fe(SO4)2·12H2O晶體，其實驗流程如下：已知：FeSO4·7H2O和NH4Fe(SO4)2·12H2O隨溫度變化的溶解度曲線如下圖。（1）廢鐵溶解前需要用熱的飽和Na2CO3溶液浸泡，目的是________________________________________。（2）溶解時控制溶液溫度為70～80℃，目的是__________________，溶解時鐵需過量的原因是________________。（3）氧化時將綠礬分批次加入到濃硝酸中，攪拌，反應(yīng)1h，有紅棕色氣體生成，同時得到Fe(OH)SO4，發(fā)生的化學(xué)方程式為________________________________。氧化結(jié)束后不能采用加熱煮沸的方法除去溶液中剩余的硝酸，理由是________________________________________(任寫一條)。【練習(xí)】鋅浮渣主要含Zn、ZnO、SiO2、Fe2+、Cd2+、Mn2+，工業(yè)上可通過控制條件逐一除去雜質(zhì)以制備超細活性氧化鋅，其工藝流程如下：（1）鋅浮渣利用硫酸浸出后，將濾渣1進行再次浸出，其目的是_________________________。（3）90℃時，凈化2溶液中殘留鐵的濃度受pH影響如圖。pH值中等時，雖有利于Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，但殘留鐵的濃度仍高于pH為3～4時的原因是________________________。（5）碳化在50℃進行,“前驅(qū)體”的化學(xué)式為ZnCO3?2Zn（OH)2?H2O，碳化時所用NH4HCO3的實際用量為理論用量的1.1倍，其原因一是為了使Zn2+充分沉淀，二是_______________________________________?！揪毩?xí)】鋅是一種常用金屬，工業(yè)上利用鋅焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，還含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等）濕法制取金屬鋅的流程如圖所示，回答下列問題。已知：Fe的活潑性強于Ni。（2）“凈化Ⅰ”操作加入ZnO，調(diào)節(jié)溶液pH為3.3~6.7；加熱到60℃左右并不斷攪拌，加熱攪拌主要目的是_______________________________________。（3）“凈化Ⅰ”生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)，溶液中的懸浮雜質(zhì)被共同沉淀的原因是____________。（4）“凈化Ⅱ”中加入過量Zn的目的是____________________________?！揪毩?xí)】鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3（可表示為FeO·TiO2），含有少量MgO、CaO、SiO2等雜質(zhì)。利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料（鈦酸鋰Li4Ti5O12和磷酸亞鐵鋰LiFePO4）的工業(yè)流程如下圖所示：反應(yīng)②中固體TiO2轉(zhuǎn)化成(NH4)2Ti5O15溶液時，Ti元素的浸出率與反應(yīng)溫度的關(guān)系如下圖所示。反應(yīng)溫度過高時，Ti元素浸出率下降的原因是_______________________________________________________。【練習(xí)】工業(yè)上從電解精煉銅的陽極泥(含金、銀、銅、硒等單質(zhì))中提取硒的濕法工藝流程如下：（1）向溶液X中加入鐵屑的作用是___________________________，此操作中不能加入過量鐵粉的原因是______________________________。（2）實驗室中制取SO2的原理為：Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2↑，此處應(yīng)使用_______________(填“較濃的硫酸”或“稀硫酸”)，原因是_________________________________。【練習(xí)】2019年諾貝爾化學(xué)獎頒給了為鋰電池發(fā)展作出突出貢獻的三位科學(xué)家。某廢舊鋰電池正極主要由LiFePO4、鋁箔、炭黑等組成，F(xiàn)e、Li、P具有極高的回收價值，具體流程如下：（2）過程ⅱ中HCl/H2O2的作用是__________________________________________。（3）浸出液X的主要成分為Li+、Fe3+、H2PO4-等。過程?？刂铺妓徕c溶液濃度20%、溫度85℃、反應(yīng)時間3h條件下，探究pH對磷酸鐵沉淀的影響，如圖所示。①綜合考慮鐵和磷沉淀率，最佳pH為____________________。②結(jié)合平衡移動原理，解釋過程ⅲ中pH增大，鐵和磷沉淀率增大的原因_______________________________。③當(dāng)pH＞2.5后，隨pH增加，磷沉淀率出現(xiàn)了減小的趨勢，解釋其原因__________________________。【練習(xí)】高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種新型的污水處理劑。K2FeO4的應(yīng)用。K2FeO4可用于生活垃圾滲透液的脫氮(將含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化為N2)處理。K2FeO4對生活垃圾滲透液的脫氮效果隨水體pH的變化結(jié)果如下：pH大于8時，脫氮效果隨pH的升高而減弱，分析可能的原因：___________________?！揪毩?xí)】金屬是重要但又匱乏的戰(zhàn)略資源。從廢舊鋰電池的電極材料（主要為附在鋁箔上的LiCoO2，還有少量鐵的氧化物）中回收鈷的一種工藝流程如下請回答下列問題（3）在“濾液1”中加入20﹪Na2CO3溶液，目的是___________________________；檢驗“濾液1”中Fe2+是否完全被氧化、不能用酸性KMnO4溶液，原因是___________________________。（4）如將硫酸改為鹽酸浸取“鈷渣“，也可得到Co2+。①浸取時，為提高”鈷渣”中浸取率，可采取的措施有___________________（任寫一條）。②工業(yè)生產(chǎn)中一般不用鹽酸浸取“鈷渣”，其原因是_________________________________。【練習(xí)】以高鈦渣(主要成分為Ti3O5，含少量SiO2、FeO、Fe2O3)為原料制備白色顏料TiO2的一種工藝流程如下：已知：Na2TiO3難溶于堿性溶液；H2TiO3中的雜質(zhì)Fe2＋比Fe3＋更易水洗除去。除雜后的濾液中獲得的NaOH可循環(huán)利用，則“水浸”時，用水量不宜過大的主要原因是_________________。【練習(xí)】工業(yè)上以鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3)，含有MgO、SiO2等雜質(zhì)]為原料，制備金屬鈦和鐵紅的工藝流程如下：已知：①酸浸時，F(xiàn)eTiO3轉(zhuǎn)化為Fe2＋和TiO2＋；②本實驗溫度下，Ksp[Mg(OH)2]＝1.0×10－11；請回答下列問題：（3）“沉鐵”過程需控制反應(yīng)溫度低于35