2021届高考化学一轮复习化学工艺流程题高效专练

专练22化学工艺流程题

1．[2020·全国卷Ⅰ]钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：

金属离子Fe3＋Fe2＋Al3＋Mn2＋

开始沉淀pH 1.9 7.0 3.0 8.1

完全沉淀pH 3.2 9.0 4.7 10.1

(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是

________________________________________________________________________。

(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VO＋2，同时还有________离子被氧化。写出VO＋转化为VO＋2反应的离子方程式

________________________________________________________________________。

(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·x H2O，随滤液②可除去金属离子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的________。

(4)“沉淀转溶”中，V2O5·x H2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是________。

(5)“调pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是________________________________。

(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是____________________________。

2．[2019·全国卷Ⅰ]硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为____________________________。

(2)“滤渣1”的主要成分有____________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋离子，可选用的化学试剂是____________。

(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3＋H2O H＋＋B(OH)－4，K a＝5.81×10－10，可判断H3BO3是________________酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至 3.5，目的是________________。

(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为________________，母液经加热后可返回________________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是____________。

3．焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：

(1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式______________________________________。

(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：

①pH＝4.1时，Ⅰ中为________溶液(写化学式)。

②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是____________________。

(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为____________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00 mL 葡萄酒样品，用0.01 000 mol·L－1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为__________________________，该样品中Na2S2O5的残留量为________ g·L－1(以SO2计)。

4．[2019·全国卷Ⅲ]高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe 、Al 、Mg 、Zn 、Ni 、Si 等元素)制备，工艺如下图所示。回答下列问题：

相关金属离子[c 0(M n ＋

)＝0.1 mol·L －

1]形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下：

金属离子 Mn 2＋

Fe 2＋

Fe 3＋

Al 3＋

Mg 2＋

Zn 2＋

Ni 2＋

开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH

10.1

8.3

2.8

4.7

10.9

8.2

8.9

________________。

(2)“

氧

化

”

中

添

加

适

量

的

MnO 2

的

作

用

是

________________________________________________________________________。

(3)“调pH ”除铁和铝，溶液的pH 范围应调节为________～6之间。 (4)“除杂1”的目的是除去Zn 2＋

和Ni 2＋

，“滤渣3”的主要成分是________。 (5)“除杂2”的目的是生成MgF 2沉淀除去Mg 2＋

。若溶液酸度过高，Mg 2＋

沉淀不完全，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 (6)写出“沉锰”的离子方程式

________________________________________________________________________。

(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi x Co y Mn z O 2，其中Ni 、Co 、Mn 的化合价分别为＋2、＋3、＋4。当x ＝y ＝1

3

时，z ＝________。

5．[2020·全国卷Ⅲ]某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni 、Al 、Fe 及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO 4·7H 2O)：

溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH 如下表所示：

金属离子 Ni 2＋

Al 3＋

Fe 3＋

Fe 2＋

开始沉淀时 (c ＝0.01 mol·L －

1)的pH

7.2 3.7 2.2 7.5 沉淀完全时

(c ＝1.0×10－5 mol·L －

1)的pH

8.7 4.7 3.2 9.0

(1)“碱浸”中NaOH 的两个作用分别是______________________________________。为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式______________________。

(2)“滤液②”中含有的金属离子是__________________。

(3) “转化”中可替代H 2O 2的物质是________________。若工艺流程改为先“调pH ”

后“转化”，即――→滤液②

――→滤液③

，“滤液③”中可能含有的杂质离子为________。

(4)利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的K sp ＝__________________(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni 2＋

浓度为1.0 mol·L －

1，则“调pH ”应控制的pH 范围是________。

(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO 氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH 。写出该反应的离子方程式____________________________。

(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是____________________________。

6．[2019·全国卷Ⅱ]立德粉ZnS·BaSO 4(也称锌钡白)，是一种常用白色颜料。回答下列问题：

(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时，钡的焰色为________(填标号)。

A ．黄色

B ．红色

C ．紫色

D ．绿色

(2)以重晶石(BaSO 4)为原料，可按如下工艺生产立德粉：

①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为

________。回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为________。

②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差，其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的________(填化学式)。

③沉淀器中反应的离子方程式为________。

(3)成品中S2－的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品，置于碘量瓶中，移取25.00 mL 0.100 0 mol·L－1的I2－KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5 min，有单质硫析出。以淀粉为指示剂，过量的I2用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2＋2S2O2－3===2I－＋S4O2－6。测定时消耗Na2S2O3溶液体积V mL。终点颜色变化为________，样品中S2－的含量为________(写出表达式)。

1．(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)

(2)Fe2＋VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋2＋Mn2＋＋H2O

(3)Mn2＋Al3＋和Fe3＋

(4)Fe(OH)3

(5)NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O

(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全

解析：(1)加热的目的是使反应完全，加快酸浸速率。(2)Fe3O4与硫酸反应生成Fe2＋和Fe3＋，Fe2＋能够被氧化为Fe3＋；VO＋中钒元素化合价为＋3，VO＋2中钒元素化合价为＋5，VO ＋被MnO2氧化为VO＋2，MnO2被还原为Mn2＋，结合得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平：VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋2＋Mn2＋＋H2O。(3)pH＝3.0～3.1时，Mn2＋还未沉淀，所以滤液②中有Mn2＋，另外Fe3＋、Al3＋在该pH范围内没有沉淀完全，部分留在滤液②中。(4)滤饼②中除了有V2O5·x H2O，还有少量Fe(OH)3和Al(OH)3，加NaOH调pH>13，V2O5·x H2O 与NaOH反应生成NaVO3，Al(OH)3与NaOH反应生成NaAl(OH)4，Fe(OH)3不与NaOH反应，所以滤渣③是Fe(OH)3。(5)“调pH”的目的是将NaAl(OH)4转化为Al(OH)3沉淀除去，反应的化学方程式为NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O，则滤渣④为Al(OH)3。(6)加入过量NH4Cl固体，c(NH＋4)增大，根据同离子效应，可促进NH4VO3晶体尽可能完全析出。

2．(1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3

(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN

(3)一元弱转化为H3BO3，促进析出

(4)2Mg2＋＋3CO2－3＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO－3[或2Mg2＋＋2CO2－3＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑]

溶浸高温焙烧

解析：本题涉及的考点有离子方程式的书写、Fe 3＋

的检验、化学平衡常数的应用，考查了学生解读化学工艺流程，将题给信息与已学知识相结合分析、解决化学问题的能力。

(1)“溶浸”步骤产生的“气体”是NH 3，用NH 4HCO 3溶液吸收NH 3的化学方程式为NH 3＋NH 4HCO 3===(NH 4)2CO 3。

(2)根据流程图可知，Fe 2O 3、Al 2O 3在“过滤1”步骤中除去，SiO 2不溶于(NH 4)2SO 4溶液，故“滤渣1”的主要成分有SiO 2、Fe 2O 3、Al 2O 3；检验Fe 3＋

通常选用KSCN 溶液。

(3)根据H 3BO 3的解离反应以及电离平衡常数，可判断H 3BO 3是一元弱酸；在“过滤2”操作前B 元素主要以B 2O 4－

5的形式存在，调节pH 至3.5后生成了H 3BO 3沉淀，由此可推断调节pH 的目的是将B 2O 4－5转化成H 3BO 3。

(4)反应物有Mg 2＋

、CO 2－3，生成物有Mg(OH)2·MgCO 3沉淀，再结合电荷守恒、原子守恒可写出反应的离子方程式；“沉镁”后的母液的主要成分为(NH 4)2SO 4，可供“溶侵”工序循环使用；Mg(OH)2、MgCO 3在高温条件下均易分解生成MgO ，故高温焙烧碱式碳酸镁可以制备轻质氧化镁。

3．(1)2NaHSO 3===Na 2S 2O 5＋H 2O

(2)①NaHSO 3 ②得到NaHSO 3过饱和溶液 (3)2H 2O －4e －

===4H ＋＋O 2↑ a

(4)S 2O 2－

5＋2I 2＋3H 2O===2SO 2－

4＋4I －

＋6H ＋

0.128

解析：(1)由题可知，NaHSO 3脱水转化为Na 2S 2O 5，故可写出化学方程式：2NaHSO 3===Na 2S 2O 5＋H 2O 。

(2)①Na 2S 2O 5由NaHSO 3过饱和溶液脱水结晶而来，因而溶液Ⅲ为NaHSO 3，而Ⅰ和ⅢPH 相同，溶质相同，也为NaHSO 3。

②通SO 2使得NaHSO 3变多，浓度变大，得到NaHSO 3过饱和溶液。

(3)阳极发生氧化反应，电极反应式为2H 2O －4e －

===4H ＋

＋O 2↑，H ＋

通过阳离子交换膜由阳极向a 室移动，得到NaHSO 3，故a 室NaHSO 3增多。

(4)根据题意，S 2O 2－

5与I 2发生氧化还原反应，生成SO 2－

4和I －

，即

S 2O 2－5＋2I 2＋3H 2O===2SO 2

－4＋4I －＋6H

＋

1 2

x 0.01×10×10－

3 mol

解得x ＝0.5×10－

4，则SO 2物质的量为0.5×2×10－

4 mol ， 所以最后的残留量＝0.5×2×10－

4 mol ×64 g· mol －

150.00×10－3

L ＝0.128 g·L －1。 4．(1)SiO 2(不溶性硅酸盐)

MnO 2＋MnS ＋2H 2SO 4===2MnSO 4＋S ＋2H 2O (2)将Fe 2＋

氧化为Fe 3＋

(3)4.7 (4)NiS 和ZnS

(5)F －

与H ＋

结合形成弱电解质HF ，MgF 2

Mg 2＋＋2F －

平衡向右移动

(6)Mn 2＋

＋2HCO －

3===MnCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O (7)13

解析：本题涉及元素化合物知识的综合应用，通过工艺流程形式给出信息，考查分析和解决化学工艺流程问题的能力，根据题给信息书写相应的化学方程式和离子方程式，体现了证据推理与模型认知的学科核心素养。

(1)由题干信息可知，滤渣有生成的S 和不与H 2SO 4反应的SiO 2(或写不溶性硅酸盐)；依据氧化还原反应原理可知，MnO 2作氧化剂，MnS 作还原剂，由此可写出化学方程式。

(2)Fe 溶于H 2SO 4中得到Fe 2＋

，为了去除方便，需将Fe 2＋

氧化为Fe 3＋

。

(3)由相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH 范围可知除铁和铝时溶液pH 范围应调节为4.7～6之间。

(4)NiS 和ZnS 是难溶于水的硫化物。 (5)MgF 2(s)

Mg 2＋

(aq)＋2F －

(aq)，若增大H ＋

浓度，F －

与H ＋

会结合成弱电解质HF 而

使沉淀溶解平衡正向移动，导致溶液中Mg 2＋

沉淀不完全。

(6)由于HCO －

3

H ＋＋CO 2－3，CO 2－3与Mn 2

＋可形成MnCO 3沉淀，使HCO －

3电离平衡正

向移动，H ＋

浓度增大，H ＋

与HCO －

3反应生成H 2O 和CO 2，所以离子方程式为Mn 2＋

＋2HCO －

3===MnCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O 。

(7)根据化合物中各元素正、负化合价的代数和为0，可知＋1＋(＋2)×x ＋(＋3)×y ＋(＋4)×z ＋(－2)×2＝0，将x ＝y ＝13代入计算，可得z ＝1

3

。

5．(1)除去油脂、溶解铝及其氧化物 Al(OH)－

4＋H ＋

===Al(OH)3↓＋H 2O (2)Ni 2＋

、Fe 2＋

、Fe 3＋

(3)O 2或空气 Fe 3＋

(4)0.01×(107.2

－14)2[或10－

5×(108.7

－14

)2] 3.2～6.2

(5)2Ni 2＋

＋ClO －

＋4OH －

===2NiOOH ↓＋Cl －

＋H 2O (6)提高镍回收率

解析：(1)油脂可在NaOH 溶液中发生水解反应生成可溶性的高级脂肪酸钠和甘油，并且NaOH 溶液能溶解Al 和Al 2O 3,2Al ＋2NaOH ＋2H 2O===2NaAlO 2＋3H 2↑、Al 2O 3＋2NaOH===2NaAlO 2＋H 2O ，故“碱浸”中NaOH 的两个作用分别是除去油脂和溶解铝及其氧化物。“滤液①”中含有Na[Al(OH)4](也可写成NaAlO 2)，向其中加入稀H 2SO 4调为中性会生成Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为Al(OH)－

4＋H ＋

===Al(OH)3↓＋H 2O 或AlO －

2＋H

＋

＋H 2O===Al(OH)3↓。(2)“滤饼①”中含有Ni 、Fe 、NiO 、FeO 、Fe 2O 3以及少量其他不溶

物，加入稀H2SO4后主要发生反应Ni＋2H＋===Ni2＋＋H2↑、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、NiO ＋2H＋===Ni2＋＋H2O、FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O、Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，故“滤液②”中含有的金属离子是Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋。(3)H2O2的作用是在酸性条件下将Fe2＋氧化为Fe3＋(2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O)，且在“转化”中不引入新杂质，故可替代H2O2的物质是O2或空气，发生反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，也不引入新杂质。加NaOH 溶液“调pH”的目的是生成Fe(OH)3沉淀除去Fe3＋，为除尽Fe3＋而又不生成Ni(OH)2沉淀，需控制pH范围：3.2≤pH<7.2；此时溶液中还存在Fe2＋，H2O2可将Fe2＋氧化为Fe3＋，故“滤液③”中可能含有的杂质离子为Fe3＋。(4)开始形成Ni(OH)2沉淀或沉淀完全时，都存在沉淀溶解平衡：Ni(OH)2(s)Ni2＋(aq)＋2OH－(aq)，K sp＝c(Ni2＋)·c2(OH－)，开始沉淀时，c(Ni2＋)＝0.01 mol·L－1，c(OH－)＝1.0×107.2－14 mol·L－1，故K sp＝0.01×(107.2－14)2；沉淀完全时，c(Ni2＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，c(OH－)＝1.0×108.7－14 mol·L－1，K sp＝10－5×(108.7－14)2。由上述分析得K sp＝1.0×10－15.6，若“转化”后的溶液中c(Ni2＋)＝1.0 mol·L－1，生成Ni(OH)2沉淀

的最小c(OH－)＝

K sp

c(Ni2＋)

＝

1.0×10－15.6

1.0mol·L

－1＝1.0×10－7.8mol·L－1，c(H＋)＝

1.0×10－14

1.0×10－7.8

mol·L－1＝1.0×10－6.2mol·L－1，pH＝6.2，故既要除尽Fe3＋，又不形成Ni(OH)2沉淀，应控制的pH范围是3.2～6.2。(5)Ni2＋被氧化为NiOOH，ClO－被还原为Cl－，故在强碱溶液中该反应的离子方程式为2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O。(6)分离出NiSO4晶体后的母液中含有Ni2＋(饱和NiSO4溶液)，故将母液收集、循环使用，其意义是提高镍回收率。

6．(1)D

(2)①BaSO4＋4C===BaS＋4CO↑CO＋H2O===CO2＋H2

②BaCO3③S2－＋Ba2＋＋Zn2＋＋SO2－4===BaSO4·ZnS↓

(3)浅蓝色至无色?

?

?

?

25.00－

1

2V×0.100 0×32

m×1 000

×100%