高考化学二轮复习训练题： 高考压轴大题特训 题型02《以“化工流程”为载体的综合考查型》（含答案）

题型二　以“化工流程”为载体的综合考查型

1．(湖北省武昌区高三5月调研考试)铬渣(铬主要以Cr2O3形式存在，同时含有Al2O3、SiO2等杂质)是铬电镀过程中产生的含铬污泥，实现其综合利用，可减少铬产生的环境污染。铬渣综合利用工艺流程如下：

请回答下列问题：

(1)焙烧得到的产物含有Na2CrO4和一种无污染的气体，则生成Na2CrO4的反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)除去浸出液中的杂质最好加入________(填试剂名称)来调节pH。除去铝元素的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)理论上加入醋酸铅、硝酸铅均可以得到铬酸铅沉淀，工艺流程中不选用醋酸铅的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)铬酸铅是一种用于水彩和油彩的筑色颜料。遇到空气中的硫化物颜色会变黑，该过程的化学方程式为____________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)实验室常利用Cr3＋在碱性溶液中的还原性，使其转化为CrO，从而实现与Al3＋的分离，这个过程中需要加入的试剂是________________________(填化学式)，分离操作是________________________________________________________________________。

答案　(1)5Cr2O3＋14NaOH＋6NaNO3 ===10Na2CrO4＋3N2↑＋7H2O　(2)硝酸　AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓　(3)不引入新的杂质；得到的NaNO3可以循环利用　(4)PbCrO4＋H2S===PbS＋H2CrO4　(5)NH3·H2O、H2O2　过滤

解析　本题主要考查离子反应。

(1)焙烧得到的产物含有Na2CrO4和一种无污染的气体氮气，则生成Na2CrO4的反应的化学方程式为5Cr2O3＋14NaOH＋6NaNO3 ===10Na2CrO4＋3N2↑＋7H2O。

(2)为了不引入新的杂质，除去浸出液中的杂质最好加入硝酸来调节pH。除去铝元素的离子方程式为AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓。

(3)工艺流程中不选用醋酸铅的原因是不引入新的杂质；得到的NaNO3可以循环利用。

(4)铬酸铅遇到空气中的硫化物颜色会变黑，该过程的化学方程式为PbCrO4＋H2S===PbS＋H2CrO4。

(5)加入NH3·H2O 提供碱性环境，而且将Al3＋转化为氢氧化铝沉淀，NH3·H2O不会溶解氢氧化铝沉淀，加入H2O2将Cr3＋氧化为CrO，不会引入杂质，所以这个过程中需要加入的试剂是NH3·H2O、H2O2，分离操作是过滤。

2．(四川省双流中学高三下学期第二次适应性考试)氯化钡是白色的晶体，易溶于水，微溶于盐酸和硝酸，难溶于乙醇和乙醚，易吸湿，需密封保存。工业上制备BaCl2·2H2O有如下两种途径：

途径1：以重晶石(主要成分BaSO4)为原料，流程如下：

　　　　　　  炭　　　    盐酸

　　　　　　   ↓           ↓

重晶石矿―→―→―→

　　　　　     ↓          ↓                   ↓

　　 　　　   CO　 　　  H2S　　 BaCl2·2H2O

(1)写出“溶解”时反应的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)“高温焙烧”时必须加入过量的炭，同时还要通入空气，其目的是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)结晶得到的晶体，需用乙醇洗涤的理由是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

途径2：以毒重石(主要成分BaCO3，含CaCO3、MgCO3、Fe2O3、SiO2等杂质)为原料，流程如下：

已知：Ksp(BaC2O4)＝1.6×10－7，Ksp(CaC2O4)＝2.3×10－9，Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10－11。

(4)滤渣Ⅰ的成分为__________________________(填化学式)。

(5)滤渣Ⅱ中含________________________(填化学式)。过滤析出后，滤液中含有的Mg2＋浓度为________________________。

(6)加入H2C2O4时应避免过量，其原因是为了防止生成______________________(填化学式)。

答案　(1)BaS＋2HCl===BaCl2＋H2S↑　(2)使硫酸钡得到充分还原，提高BaS的产量；该反应为高温反应，碳和氧气反应放出热量维持所需要的高温条件　(3)氯化钡难溶于乙醇，(水和乙醇互溶)洗涤时减少产品的损失

(4)SiO2、Fe (OH)3　(5)Mg(OH)2、Ca(OH)2　1.8×10－8 mol·L－1　(6)BaC2O4

解析　(1)重晶石矿经过高温焙烧的产物用盐酸溶解，产生了硫化氢，根据复分解反应的原理，硫酸钡焙烧生成了BaS，因此溶解的化学方程式：BaS＋2HCl===BaCl2＋H2S↑。

(2)根据“高温焙烧”可知，此步需要维持高温，也可以使硫酸钡得到充分还原，提高BaS的产量，碳和氧气反应放出热量维持所需要的高温条件。

(3)根据信息可知，氯化钡易溶于水，微溶于盐酸和硝酸，难溶于乙醇和乙醚，用乙醇洗涤，可以减少产品的损失。

(4)二氧化硅不溶于盐酸和氨水，因此滤渣中含有二氧化硅，盐酸溶解氧化铁生成铁离子。氨水调节溶液的pH＝8时，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，因此滤渣中还含有氢氧化铁。

(5)pH＝12.5时，溶液中的钙离子和镁离子转化为氢氧化钙和氢氧化镁沉淀，根据pH＝12.5时，c(OH－)＝10－1.5  mol·L－1，Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)×c2(OH－)＝1.8×10－11，c(Mg2＋)＝1.8×10－8  mol·L－1。

(6)H2C2O4过量时，当Q＞Ksp(BaC2O4)，可能会生成BaC2O4沉淀，因此H2C2O4应避免过量。

3．(南阳市第一中学高三第三次模拟考试)钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如下：

回答下列问题：

(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。混合的实验操作是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)先加入氨水调节pH ＝3，过滤，滤渣主要成分是____________；再向滤液加入氨水调节pH＝6，滤液中Sc3＋的浓度为_____________________________________________。

[已知：Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39，Ksp[Sc(OH)3]＝9.0×10－31]

(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH＝2的草酸溶液中＝________(保留两位有效数字)。写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式_______________________________________

________________________________________________________________________。

[已知Ka1(H2C2O4)＝5.9×10－2，Ka2(H2C2O4)＝6.4×10－5]

(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为_______________________________________

________________________________________________________________________。

(5)废酸中含钪量为15 mg·L－1，V L废酸最多可提取Sc2O3的质量为________。

答案　(1)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入 H2O2中，并不断搅拌

(2)Fe(OH)3　9.0×10－7mol·L－l　(3)3.8×10－2　2Sc3＋＋ 3H2C2O4===Sc2(C2O4)3↓＋ 6H＋

(4)2Sc2(C2O4)3＋3O22Sc2O3＋12CO2

(5)0.023V g

解析　(1)不同的液体在混合时，一般是先加密度较小、易挥发的，后加密度大、难挥发的，若混合时放热，则最后加受热易分解的。因此，混合的实验操作是将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入 H2O2中，并不断搅拌。

(2)废酸中含钪、钛、铁、锰等离子，洗涤“油相”已除去大量的钛离子。根据Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39，Ksp[Sc(OH)3]＝9.0×10－31，可以求出余下3种离子沉淀完全(离子浓度小于10－5 mol·L－1)的pH，发现锰离子沉淀完全时pH约为10，钪离子沉淀完全的pH约为5，而铁离子沉淀完全的pH约为3，所以先加入氨水调节pH ＝3，过滤，滤渣的主要成分是Fe(OH)3 ；再向滤液加入氨水调节pH＝6，此时溶液中c(OH－)＝10－8 mol·L－1，滤液中Sc3＋的浓度为＝9.0×10－7(mol·L－1)。

(3)25 ℃时pH＝2的草酸溶液中，＝××＝Ka2(H2C2O4)×Ka1(H2C2O4)×＝6.4×10－5×5.9×10－2×≈3.8×10－2(保留两位有效数字)。 “沉钪”得到草酸钪的离子方程式2Sc3＋＋ 3H2C2O4===Sc2(C2O4)3↓＋ 6H＋。

(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为2Sc2(C2O4)3＋3O22Sc2O3＋12CO2。

(5)废酸中含钪量为15 mg·L－1，则V L废酸中含钪的质量为15×10－3g·L－1×V L＝0.015V g，所以最多可提取Sc2O3的质量为×＝0.023V g。

4．重金属元素铬的毒性较大，含铬废水需经处理达标后才能排放。

Ⅰ.某工业废水中主要含有Cr3＋，同时还含有少量的Fe2＋、 Fe3＋、 Al3＋、 Ca2＋和Mg2＋等，且酸性较强。为回收利用，通常采用如下流程处理：

注：部分阳离子常温下以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表。

(1)氧化过程中可代替H2O2加入的试剂是________(填字母，下同)。

A．Na2O2   B．HNO3

C．FeCl3   D．KMnO4

(2)加入NaOH溶液调整溶液pH＝8时，除去的离子是________；已知钠离子交换树脂的原理：Mn＋＋nNaR―→MRn＋nNa＋，此步操作被交换除去的杂质离子是________。

A．Fe3＋   B．Al3＋

C．Ca2＋   D．Mg2＋

(3)还原过程中，每消耗172.8 g Cr2O转移4.8 mol e－，该反应离子方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

Ⅱ.酸性条件下，六价铬主要以Cr2O形式存在，工业上常用电解法处理含Cr2O的废水。

实验室利用如图装置模拟处理含Cr2O废水，阳极反应式是Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应式是2H＋＋2e－===H2↑

(1)电解时能否用Cu电极来代替Fe电极？________(填“能”或“不能”)，理由是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)电解时阳极附近溶液中Cr2O转化为Cr3＋的离子方程式为

________________________________________________________________________。

(3)上述反应得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从其对水的电离平衡影响角度解释其原因________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)若溶液中初始含有0.1 mol Cr2O，则生成的阳离子全部转化成沉淀的质量是________g。

答案　Ⅰ.(1)A　(2)AB　CD　(3)3S2O＋4Cr2O＋13H2O===6SO＋8Cr(OH)3↓＋2OH－

Ⅱ.(1)不能　因阳极产生的 Cu2＋不能使Cr2O还原到低价态　(2)Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O　(3)水中的H＋在阴极区放电，H＋浓度减小促使水的电离平衡H2OH＋＋ OH－向右移动，阴极区OH－浓度增大与金属阳离子在阴极区结合而沉淀完全　(4)84.8

解析　Ⅰ.某工业废水中主要含有Cr3＋，同时还含有少量的Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋等，加双氧水把亚铁离子氧化为铁离子，同时Cr3＋被氧化为Cr2O，加氢氧化钠调节pH＝8，则Fe3＋、Al3＋转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，过滤，滤液中主要含有Cr2O、Ca2＋和Mg2＋等，通过钠离子交换树脂，除去Ca2＋和Mg2＋，然后加Na2S2O3把Cr2O还原为Cr3＋，再调节pH得到Cr(OH)(H2O)5SO4。

(1)加氧化剂的主要目的是把亚铁离子氧化为铁离子，同时不能引入新的杂质，所以可以用Na2O2代替H2O2。

(2)根据表中数据可知，pH＝8时，Fe3＋、Al3＋转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，则Fe3＋、Al3＋被除去；通过钠离子交换树脂，除去Ca2＋和Mg2＋。

(3)每消耗0.8 mol Cr2O转移4.8 mol电子，则1 mol Cr2O转移6 mol电子，所以生成Cr3＋，S2O被氧化为SO，则反应的离子方程式为3S2O＋4Cr2O＋13H2O===6SO＋8Cr(OH)3↓＋2OH－。

Ⅱ.(1)若用Cu电极来代替Fe电极，在阳极上铜失去电子得到的阳离子是铜离子，该离子不具有还原性，不能和重铬酸根之间发生反应。

(2)Cr2O具有强氧化性，可以将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为2Cr3＋，反应的实质是6Fe2＋＋Cr2O＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O。

(3)随着电解进行，溶液中c(H＋) 逐渐减小，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH－浓度增大，溶液的碱性增强，生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，金属阳离子在阴极区可沉淀完全。

(4)根据Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓、Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓知，0.1 mol Cr2O可生成0.2 mol Cr(OH)3，0.6 mol Fe(OH)3，质量为0.6 mol×107 g·mol－1＋0.2 mol×103 g·mol－1 ＝84.8 g。