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2022版高考化学一轮复习 专题集训6 化学工艺流程试题的突破方略

2022版高考化学一轮复习 专题集训6 化学工艺流程试题的突破方略

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化学工艺流程试题的突破方略
(建议用时：40分钟)
1．一种以NH4Cl酸性蚀铜废液[含NH4Cl、Cu(NH3)4Cl2、CuCl、CuSO4及盐酸等]为原料制备CuCl并回收Cu(OH)2的工艺流程如图：

回答下列问题：
(1)“反应1”中，NaCl、Cu与CuSO4反应的离子方程式为
_____________________________________________________；
生产中常将“过滤1”的滤渣返回到“反应1”中，其目的是
_____________________________________________________。
(2)“水解”步骤中，加入大量水稀释即可析出CuCl，原因是
_______________________________________________________
(结合离子方程式，从平衡角度分析)。
(3)湿的CuCl在空气中易被氧化为Cu2(OH)3Cl，该反应的化学方程式为
________________________________________________________________；
“洗涤”时用稀盐酸和乙醇洗涤的目的是_________________________
____________________________________________________________。
(4)“反应2”需加入的试剂X是______________；“吹脱”出来的NH3可用于生产碳铵化肥，主要反应的化学方程式为
_____________________________________________________。
(5)测定产品中CuCl质量分数的步骤如下：称取a g产品，加入稍过量的FeCl3溶液，待溶解后用邻菲罗啉作指示剂，立刻用c mol·L－1的Ce(SO4)2标准溶液滴定到终点，消耗标准溶液V mL。则产品中CuCl的质量分数为________(已知滴定反应为Ce4＋＋Fe2＋===Ce3＋＋Fe3＋，列出计算式)。
[解析]　(5)根据电子守恒可得关系式：CuCl～Fe2＋～Ce4＋
n(CuCl)＝n(Ce4＋)＝V×10－3×c mol
CuCl的质量分数为×100%
[答案]　(1)Cu＋Cu2＋＋8Cl－===2CuCl　提高铜元素的利用率
(2)CuClCuCl＋3Cl－，稀释时，平衡向粒子数增多的方向移动，即平衡右移
(3)4CuCl＋O2＋4H2O===2Cu2(OH)3Cl＋2HCl[或12CuCl＋3O2＋6H2O===4Cu2(OH)3Cl＋4CuCl2]　盐酸抑制其水解和氧化，用乙醇洗涤可促使其快速干燥(或其他合理答案)
(4)NaOH溶液(或其他合理答案)　NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3
(5)×100%
2．(2021·淮阴模拟)As2O3在医药、电子等领域有重要应用。某含砷元素(As)的工业废水经如下流程图转化为粗As2O3。

(1)“氧化”的目的是________________________________，
1 mol AsO转化为AsO至少需要O2________mol。
(2)“沉砷”是将砷元素转化为Ca5(AsO4)3OH沉淀，发生的主要反应有：
a．Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)　ΔH＜0
b．5Ca2＋＋OH－＋3AsOCa5(AsO4)3OH　ΔH＞0
研究表明，“沉砷”的最佳温度是85 ℃。用化学平衡原理解释温度高于85 ℃后，随温度升高沉淀率下降的原因是_____________________________
____________________________________________________________。
(3)“还原”过程中H3AsO4转化为H3AsO3，反应的化学方程式是_____________________________________________________。
(4)“还原”后加热溶液，H3AsO3分解为As2O3，同时结晶得到粗As2O3。As2O3在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度(S)曲线如图所示。为了提高粗As2O3的沉淀率，“结晶”过程进行的操作是_________________
_____________________________________________________。

(5)下列说法中，正确的是________(填字母)。
a．粗As2O3中含有CaSO4
b．工业生产中，滤液2可循环使用，提高砷的回收率
c．通过先“沉砷”后“酸化”的顺序，可以达到富集砷元素的目的
[解析]　(4)为了提高粗As2O3的沉淀率，根据曲线分析，溶解度先减小后增大，因此“结晶”过程进行的操作是调硫酸浓度约为7 mol·L－1，冷却至25 ℃，过滤。
[答案]　(1)AsO转化为AsO　0.5　(2)温度升高，反应a平衡逆向移动，c(Ca2＋)下降，反应b平衡逆向移动，Ca5(AsO4)3OH沉淀率下降　(3)H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4　(4)调硫酸浓度约为7 mol·L－1，冷却至25 ℃，过滤　(5)abc
3．(2020·苏州模拟)NiSO4·6H2O晶体是一种绿色易溶于水的晶体，广泛应用于化学镀镍、生产电池等，可由电镀废渣(除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe等元素)为原料制取。制取步骤如下：

(1)在实验室中，欲用98%的浓硫酸(密度1.84 g·mL－1)配制40%的稀硫酸，需要的玻璃仪器除玻璃棒外，还有_______________________________________
_______________________________________________________________。
(2)向滤液Ⅰ中加入Na2S的目的是____________。[已知：Ksp(FeS)＝6.3×10－18，Ksp(CuS)＝1.3×10－36，Ksp(ZnS)＝1.3×10－24，Ksp(NiS)＝1.1×10－21]，为保证Cu2＋沉淀完全而Ni2＋[假设c(Ni2＋)＝1.0 mol·L－1]不沉淀，溶液中c(S2－)浓度范围为_______________________。
(3)滤液Ⅲ中所含的阳离子主要有_________________________，
NiCO3与稀硫酸反应的离子方程式为_____________________
_____________________________________________________。
(4)一系列操作为______________________________________。
(5)NiSO4在强碱溶液中用NaClO氧化，可制得碱性镍镉电池电极材料NiO(OH)。该反应的离子方程式为______________________________________
_______________________________________________________________。
(6)在制备NiSO4·6H2O晶体时，常用无水乙醇代替蒸馏水做洗涤剂，原因是______________________________________________(写出一条即可)。
[解析]　(2)Cu2＋沉淀完全时，c(S2－)至少为x，根据x×1.0×10－5＝1.3×10－36，x＝1.3×10－31 mol·L－1，Ni2＋不沉淀时，c(S2－)最大为y，根据y×1.0＝1.1×10－21，y＝1.1×10－21 mol·L－1。
[答案]　(1)烧杯、量筒
(2)除去滤液Ⅰ中的Zn2＋和Cu2＋
1．3×10－31 mol·L－1≤c(S2－)<1.1×10－21 mol·L－1
(3)Na＋、Ni2＋　NiCO3＋2H＋===Ni2＋＋CO2↑＋H2O
(4)蒸发浓缩，冷却结晶
(5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiO(OH)↓＋Cl－＋H2O
(6)加快晶体干燥或防止晶体溶解而减少(合理即可)
4．(2020·山东六校联考)实验室以电镀废渣(Cr2O3、CuO、Fe2O3及CaO)为原料制取铜粉和K2Cr2O7的主要流程如下：

(1)“酸浸”时，用硫酸而不用盐酸，这是因为________(从浸取产物的溶解性考虑)。
(2)“制铜氨液”{[Cu(NH3)4]SO4溶液}时，采用8 mol·L－1氨水，适量30% H2O2，并通入O2，控制温度为55 ℃。温度不宜过高，这是因为_____________
_______________________________________________________________。
(3)“沉CuNH4SO3”时可用如下装置(夹持、加热仪器略)：

①制取SO2的化学方程式为______________________________。
②“沉CuNH4SO3”时，反应液需控制在45 ℃，合适的加热方式是___________________________。
③反应完成的实验现象是_______________________________。
(4)设计以“Cr(OH)3、Fe(OH)3”的混合物为原料，制取K2Cr2O7的实验方案：将Cr(OH)3、Fe(OH)3的混合物加入烧杯中，加适量的水调成浆状，_______________________________________________
_____________________________________________________，
冰水洗涤及干燥。(已知：①碱性条件下，H2O2可将＋3价的Cr氧化为CrO；酸性条件下，H2O2可将＋6价的Cr还原为＋3价的Cr；＋6价的Cr在溶液pH<5时，主要以Cr2O存在；在pH>7时，主要以CrO存在。
②部分物质溶解度曲线如图所示。

③实验中必须使用的试剂：KOH溶液、10%H2O2溶液、稀盐酸)
[解析]　(1)废渣中含有CaO，使用硫酸可将大部分CaO转化为CaSO4沉淀除去。(2)温度过高，会导致氨水中NH3大量挥发、也会导致H2O2分解，从而降低原料的利用率，由反应Cu2＋＋4NH3·H2O[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O、NH3·H2ONH3＋H2O知，NH3的大量挥发会导致[Cu(NH3)4]2＋解离。(3)②实验中将温度控制在45 ℃，较好的加热方式是水浴加热。③[Cu(NH3)4]2＋是深蓝色离子，转化为CuNH4SO3后溶液变成无色。(4)向浆状物中加入KOH溶液并充分搅拌，然后加入双氧水将铬氧化为CrO，充分反应后再向容器中加入盐酸至pH<5，使CrO转化为Cr2O。最后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到K2Cr2O7晶体，由于K2Cr2O7在冰水中溶解度较小，故要用冰水洗涤、最后干燥即可。
[答案]　(1)硫酸可将CaO转化为CaSO4沉淀除去
(2)温度过高会加速NH3的挥发、加速H2O2的分解、“铜氨液”会分解生成Cu(OH)2(答出一点即可)
(3)①Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
②水浴加热　③上层清液由深蓝色逐渐变为几乎无色
(4)在不断搅拌下加入适量KOH溶液，再加入过量的10%H2O2溶液，维持pH大于7，充分反应后，煮沸(除去过量的H2O2)，静置、过滤，滤液用稀盐酸酸化至pH<5，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
5．(2020·扬州模拟)氧化钪(Sc2O3)是一种稀土氧化物，可用于制作激光、半导体材料。以钪锰矿石(主要含MnO2、SiO2及少量Sc2O3、Al2O3、CaO、FeO)为原料制备Sc2O3的工艺流程如下，其中TBP和P507均为有机萃取剂。

回答下列问题：
(1)Sc2O3中Sc的化合价为________。
(2)“溶解”时铁屑被MnO2氧化为Fe3＋，该反应的离子方程式是
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(3)“滤渣”的主要成分是________。
(4)“萃取除铁”时铁和钪的萃取率与O/A比(有机相与水相的体积比)的关系如图所示。该工艺中最佳O/A比为________。

(5)有机萃取剂P507萃取Sc3＋的反应原理为阳离子交换：ScCl3＋3HR===ScR3＋3HCl(HR代表P507)。在“富钪有机相”中反应生成Sc(OH)3的化学方程式是____________________________________________________
________________________________________________________________。
(6)“萃余液2”中的金属阳离子除Al3＋、Ca2＋外，还有________。
(7)Sc2(C2O4)3在空气中“煅烧”生成Sc2O3的化学方程式是___________
________________________________________________________________。
(8)某厂用1 000 kg的钪锰矿制备Sc2O3，最终得到Sc2O3 306 g，该矿中钪的质量分数为________。
[解析]　(4)“萃取除铁”目的是铁萃取率高，钪萃取率低，故此步的最佳O/A比为2。
(8)m(Sc)＝×2×45 g≈0.20 kg
矿石中钪的质量分数为0.020%。
[答案]　(1)＋3
(2)3MnO2＋2Fe＋12H＋===3Mn2＋＋2Fe3＋＋6H2O
(3)SiO2
(4)2
(5)ScR3＋3NaOH===3NaR＋Sc(OH)3↓
(6)Mn2＋
(7)2Sc2(C2O4)3＋3O2煅烧,2Sc2O3＋12CO2
(8)0.02%
6．(2021·无锡模拟)工业上以石煤(主要成分为V2O3，含有少量SiO2、P2O5等杂质)为原料制备钒的主要流程如图：

已知：①NH4VO3难溶于水。
②Ksp(MgSiO3)＝2.4×10－5，Ksp[Mg3(PO4)2]＝2.7×10－27。
(1)焙烧：通入空气的条件下，向石煤中加纯碱焙烧，将V2O3转化为NaVO3的化学方程式为__________________________________________________
________________________________________________________________。
(2)除硅、磷：
①用MgSO4溶液除硅、磷时，Si、P会形成Mg3(PO4)2、MgSiO3沉淀。若沉淀后溶液中c(PO)＝1.0×10－8 mol·L－1，则c(SiO)＝________mol·L－1。
②如图甲所示，随着温度升高，除磷率下降，其原因是Mg3(PO4)2溶解度增大、_________________________；
随着温度升高，除硅率升高，其原因是_________________________________
________________________________________________________________。

图甲
(3)沉钒：此过程反应温度需控制在50 ℃左右，温度不能过高的原因为_________________________________________。
(4)灼烧：在灼烧NH4VO3的过程中，固体的残留率×100%随温度变化的曲线如图乙所示，则A～B段发生反应的方程式为___________
________________________________________________________________。

图乙
[解析]　(2)①Ksp[Mg3(PO4)2]＝c3(Mg2＋)×c2(PO)＝c3(Mg2＋)×(1.0×10－8 mol·L－1)2＝2.7×10－27，
解之得c(Mg2＋)＝3×10－4mol·L－1，由Ksp(MgSiO3)＝c(Mg2＋)×c(SiO)＝3×10－4 mol·L－1×c(SiO)＝2.4×10－5，解得c(SiO)＝0.08 mol·L－1。
②Mg3(PO4)2(s)3Mg2＋(aq)＋2PO(aq)，升温促进Mg2＋水解，导致沉淀溶解平衡右移，故除磷率下降；MgSiO3(aq)Mg2＋(aq)＋SiO(aq)，升温促进SiO水解成H2SiO3，沉淀溶解平衡右移，但H2SiO3是沉淀，故除硅率升高。
[答案]　(1)Na2CO3＋O2＋V2O32NaVO3＋CO2　(2)0.08　促进Mg2＋水解生成Mg(OH)2　促进SiO水解生成硅酸沉淀　(3)NH4Cl受热会分解　(4)2HVO3V2O5＋H2O