专题15 工艺流程综合题-2022年高考真题和模拟题化学分项汇编

专题15  工艺流程综合题

1．（2022·全国甲卷）硫酸锌()是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备。菱锌矿的主要成分为，杂质为以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：

本题中所涉及离子的氯氧化物溶度积常数如下表：

回答下列问题：

(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为_______。

(2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有_______、_______。

(3)加入物质X调溶液，最适宜使用的X是_______(填标号)。

A．        B．        C．

滤渣①的主要成分是_______、_______、_______。

(4)向的滤液①中分批加入适量溶液充分反应后过滤，滤渣②中有，该步反应的离子方程式为_______。

(5)滤液②中加入锌粉的目的是_______。

(6)滤渣④与浓反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是_______、_______。

2．（2022·全国乙卷）废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有、、和Pb。还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等。为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。

一些难溶电解质的溶度积常数如下表：

一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的如下表：

回答下列问题：

(1)在“脱硫”中转化反应的离子方程式为________，用沉淀溶解平衡原理解释选择的原因________。

(2)在“脱硫”中，加入不能使铅膏中完全转化，原因是________。

(3)在“酸浸”中，除加入醋酸()，还要加入。

(ⅰ)能被氧化的离子是________；

(ⅱ)促进了金属Pb在醋酸中转化为，其化学方程式为________；

(ⅲ)也能使转化为，的作用是________。

(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是________。

(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有________。

3．（2022·浙江卷）化合物X由三种元素组成，某实验小组按如下流程进行相关实验：

化合物X在空气中加热到，不发生反应。

请回答：

(1)组成X的三种元素为_______；X的化学式为_______。

(2)溶液C的溶质组成为_______(用化学式表示)。

(3)①写出由X到A的化学方程式_______。

②X难溶于水，但可溶于氨水中，写出该反应的离子方程式_______。

(4)设计实验，检验尾气中相对活泼的2种气体_______。

4．（2022·广东卷）稀土()包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下：

已知：月桂酸熔点为；月桂酸和均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持价不变；的，开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子沉淀的相关pH见下表。

(1)“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是_______。(2)“过滤1”前，用溶液调pH至_______的范围内，该过程中发生反应的离子方程式为_______。

(3)“过滤2”后，滤饼中检测不到元素，滤液2中浓度为。为尽可能多地提取，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中低于_______(保留两位有效数字)。

(4)①“加热搅拌”有利于加快溶出、提高产率，其原因是_______。

②“操作X”的过程为：先_______，再固液分离。

(5)该工艺中，可再生循环利用的物质有_______(写化学式)。

(6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂。

①还原和熔融盐制备时，生成1mol转移_______电子。

②用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化的还原，发生的电极反应为_______。

5．（2022·湖南卷）钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：

已知“降温收尘”后，粗中含有的几种物质的沸点：

回答下列问题：

(1)已知，的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略、随温度的变化。若，则该反应可以自发进行。根据下图判断：时，下列反应不能自发进行的是_______。

A． 

B．

C． 

D．

(2)与C、，在的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：

①该温度下，与C、反应的总化学方程式为_______；

②随着温度升高，尾气中的含量升高，原因是_______。

(3)“除钒”过程中的化学方程式为_______；“除硅、铝”过程中，分离中含、杂质的方法是_______。

(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序_______(填“能”或“不能”)交换，理由是_______。

(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入冶炼的方法相似的是_______。

A．高炉炼铁 B．电解熔融氯化钠制钠 

C．铝热反应制锰 D．氧化汞分解制汞

1．（2022·江西九江·二模）以碳酸锰铜矿(主要成分为MnCO3、CuCO3，还含有Fe2O3、FeO等杂质)为原料制备硫酸锰的一种工艺流程如下：

(1)“氧化”时，反应的离子方程式为_______。可用一种试剂检验氧化后的溶液中是否含有Fe2+，该试剂为_______(写化学式)。

(2)加入MnCO3调节pH=3.3时可以将Fe3+转化为Fe(OH)3而除去，该反应的离子方程式为_______。

(3)“沉铜"时，若滤液中c(Mn2+)=0.21mol·L-1，向其中缓慢通入氨气，为了使铜离子完全沉淀而又避免生成Mn(OH)2，应控制pH的范围为_______。[已知：常温下，Ksp[Cu(OH)2]=1×10-20，Ksp[Mn(OH)2]=2.1×10-13，离子浓度小于或等于10-5mol/L可视为沉淀完全]

(4)本工艺中可循环使用的物质是_______。

(5)结合图像，分析获得(MnSO4·H2O)晶体的“系列操作”步骤为：_______、_______，酒精洗涤，低温干燥。

2．（2022·陕西汉中·二模）我国发现超级铼矿，铼(Re)是一种熔点高、耐磨、耐腐蚀的金属，广泛用于航天航空等领域。工业上用富铼渣(含ReS2)制得铼粉，其工艺流程如下图所示：

回答下列问题：

(1)铼不溶于盐酸，可溶于稀硝酸生成强酸高铼酸(HReO4)，请写出反应的离子方程式_______。

(2)提高富铼渣浸出率的方法有_______(任写两种)；酸浸相同时间，测得铼的浸出率与温度关系如下图所示，分析高于T1℃时铼的浸出率降低的原因_______。

(3)操作II所用的主要玻璃仪器是_______。

(4)高铼酸铵和氢气制取单质铼的化学方程式为_______；此反应过程中，实际消耗H2的量大于理论值，其原因是_______。

(5)由高铼酸铵溶液获得高铼酸铵晶体的一系列操作为_______、洗涤、干燥。

(6)整个工艺流程中除有机溶液可循环利用外，还有_______。

3．（2022·陕西渭南·二模）金属钪可用作宇航材料、火箭和飞机的制造材料；氧化钪可提高计算机记忆元件性能。赤泥是铝土矿加工过程中产生的废料，含有丰富的钪元素，另含有Fe2O3、SiO2、Al2O3等氧化物。一种从赤泥中提取氧化钪的工艺流程如图所示(P2O4是一种磷酸酯萃取剂)。

回答下列问题：

(1)写出赤泥经盐酸处理后所得“浸渣”与强碱溶液反应的离子方程式____。

(2)赤泥“酸浸”时温度过高，酸浸速率反而下降，其原因是____。

(3)P2O4萃取浸出液，其浓度、料液温度对萃取率的影响如表所示，萃取时P2O4最佳浓度及料液温度分别为____、____；萃取后“盐酸洗涤”的目的是____。P2O4浓度对萃取率的影响如表：

料液温度对分离系数的影响如图：

(4)反萃取时，Sc3+完全沉淀(浓度为1.0×10-6mol·L-1)时，反萃液的pH为____。(已知：Ksp[Sc(OH)3]=8.00×10-31，lg2=0.30，结果保留小数点后两位)

(5)为探究所得草酸钪晶体Sc2(C2O4)3·xH2O中结晶水的含量，取2.96g样品(纯度为75%)，灼烧得到0.69gSc2O3固体，则x=____。

(6)草酸钪晶体灼烧分解反应方程式为____，其固体副产物主要为____。

4．（2022·山西太原·二模）铬是一种重要的金属材料，被广泛用于冶金、化工、耐火材料等行业。某铬铁矿的主要成分为Cr2O3、Fe2O3、FeO，还有少量MgO、Al2O3和杂质SiO2等，利用其制备多种铬产品和其他金属产品的工艺流程如下：

已知：Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑ SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑

回答下列问题：

(1)步骤①发生的主要反应为FeO+Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+NaNO2+A↑，反应时应选用何种材质的容器？_______(填字母)。

A．塑料 B．刚玉 C．铁 D．石英

(2)步骤②的操作是_______，“滤渣 2”是Al(OH)3和_______。 写出过量物质A与“滤液1"中溶质生成Al(OH)3的离子方程式：_______。

(3)“滤液2”中的Na2CrO4需要用H2SO4酸化，用离子方程式表示该反应：_______。

(4)制取高纯铬常用电解法和铝热法，铝热法的缺点是_______。步骤④是在隔绝空气条件下，除生成Cr2O3外，还生成了Na2CO3和CO，若该反应中有3 mol Na2Cr2O7参加反应，则转移的电子为_______mol。

(5)“滤渣1”中铁元素含量较高，具有回收价值。为回收金属，需要将含Fe3+的有机相进行反萃取。在有机相中Fe3+质量浓度为22.8 g/L、有机相与水相的体积比(Vo：Va)=1：1、反萃取时间为20min、反萃取温度为25°C条件下，不同浓度的4种反萃取剂对Fe3+反萃取率的影响实验结果如图所示。当反萃取剂的浓度均为0.5 mol·L-1时，反萃取效果最好的是_______ (填化学式)，在实际操作中需在该反萃取剂中加入一定量H3PO4溶液，其目的是_______ ；但H3PO4浓度不宜过大，其原因是_______。[已知：(NH4)2HPO4溶液pH=7.8 ~8.2]

5．（2022·河南洛阳·三模）碳酸锶(SrCO3)具有屏蔽X射线的功能，广泛应用于彩色显示装置、等离子显色装置的荧光屏玻璃中。工业上以天青石(主要成分为SrSO4，含少量BaSO4和CaSO4)和煤为原料生产碳酸锶。工艺流程如下：

已知：①Sr(OH)2、Ba(OH)2、Ca(OH)2在不同温度下的溶解度(g)：

②浸取时发生反应：2SrS+2H2O=Sr(HS)2+Sr(OH)2，硫化锶的溶解度主要受氢氧化锶的溶解度影响。

③BaSO4、SrCO3、BaCO3和SrSO4均难溶于水，在相同温度下的溶解度(S)关系如下：

S(BaSO4)≈S(SrCO3)＜S(BaCO3)＜S(SrSO4)。

回答下列问题：

(1)天青石、煤混合粉碎的目的是___________。

(2)天青石与煤焙烧时CO还原了SrSO4 ，反应的化学方程式为___________。

(3)用热水浸取可以加快浸取速率，另外的主要作用是___________。

(4)碳化过程控制条件让硫氢化锶吸收二氧化碳有利于产品质量的提高，并且可以提供硫化氢使氢氧化锶转化为硫氢化锶。写出碳化时硫氢化锶吸收二氧化碳的化学方程式：___________。

(5)若达到碳化终点后继续碳化，则会使产品产率降低，结合化学方程式解释原因：___________，取碳化后的料浆滴入无色酚酞试剂，若___________表明到达碳化终点。

(6)由于碳化所用的CO2中含有少量的O2、SO2等，在碳化时发生副反应，生成少量的SrSO3、SrSO4，所以要对碳化完成的碳酸锶浆进行脱硫处理。方法为加入纯碱，并加热煮沸，写出脱硫过程SrSO4与纯碱反应的化学方程式___________。

6．（2022·河南新乡·三模）铂钌催化剂是甲醇燃料电池的阳极催化剂。一种以钌矿石[主要含Ru(CO3)2，还含少量的FeO、MgO、RuO4、CaO、SiO2]为原料制备钌(Ru)的流程如图。回答下列问题：

(1)Na2Fe4(SO4)6(OH)2中Fe的化合价为____。

(2)“酸浸”时，Na2SO3的作用____。“滤渣”的主要成分有SiO2和____(填化学式)。“酸浸”中钌的浸出率与浸出温度、pH的关系如图所示，“酸浸”的最佳条件是____。

(3)“除铁”的离子方程式为____。(提示：1molNaClO3参与反应，转移6mol电子)

(4)从“滤液2”中可提取一种化肥，其电子式为____。

(5)“灼烧”时Ar的作用是____。

(6)某工厂用10t钌矿石[含8.84tRu(CO3)2、165kgRuO4]，最终制得3636kgRu，则Ru的产率为____。(保留三位有效数字)

7．（2022·河南商丘·三模）三氧化二砷(As2O3)可用于治疗急性早幼粒细胞白血病。利用某酸性含砷废水(含H3AsO3、H2SO4)可提取As2O3，提取工艺流程如下：

已知：①As2O3为酸性氧化物；②As2S3易溶于过量的Na2S溶液中，故加入FeSO4，的目的是除去过量的S2-。

回答下列问题：

(1)废水中H3AsO3中砷元素的化合价为____

(2)“焙烧”操作中，As2S3参与反应的化学方程式为_____

(3)“碱浸”的目的___________，“滤渣Y”的主要成分是___________。(写化学式)。

(4)“氧化”操作的目的是___________(用离子方程式表示)。

(5)“还原”过程中H3AsO4转化为H3AsO3然后将“还原”后溶液加热，H3AsO3分解为As2O3。某次“还原”过程中制得了1.98kgAs2O3，则消耗标准状况下气体X的体积是___________L。

(6)砷酸钠(Na3AsO4)可用于可逆电池，装置如图1所示，其反应原理为AsO+2H++2I-=AsO+I2+H2O。探究pH对AsO氧化性的影响，测得输出电压与pH的关系如图2所示。则a点时，盐桥中K+___________(填“向左”“向右”或“不”)移动，c点时，负极的电极反应为___________。

8．（2022·河南新乡·二模）某工业生产上用铜镍矿石(主要成分为CuS、NiS、FeS、SiO2及不溶于酸的杂质)制备胆矾CuSO4•5H2O的流程如图。

已知：有机萃取剂HR可以萃取Cu2+，其萃取原理(org为有机相)Cu2+(aq)+2HR(org)CuR2(org)+2H+(aq)。

回答下列问题：

(1)焙烧前粉碎的目的是____。

(2)“调节pH时，生成氢氧化铁沉淀的离子方程式为____，试剂X的最佳选择是___(填标号)。

a.HCl b.NaOH c.H2SO4 d.NH3•H2O

(3)25℃时，“调节pH”后，测得滤液中各离子浓度及相关数据如表所示。(lg2=0.3)

该滤液的pH为___；加入的Cu(OH)2____(填“已经”或“没有”)完全溶解。

(4)向“萃取”后的水相中加入一定量的NaClO和NaOH，能制得黑色不溶物NiOOH，该反应的化学方程式为___。

(5)“操作Ⅱ”包括洗涤，洗涤该沉淀的操作为___。

(6)将得到的胆矾产品做热重分析，测得的数据如图所示。

已知：杂质不分解，250℃时，胆矾失去所有结晶水。则A点胆矾分解得到的物质为___(填化学式)；该胆矾产品的纯度为___(保留4位有效数字)。

9．（2022·安徽淮南·二模）锗是一种稀散金属，在光纤通信、航空航天等领域有广泛应用，模拟从氧化锌烟灰(成分有ZnO、ZnO·GeO2、FeO·GeO2、Fe2O3·GeO2、PbO等)中提取锗元素的流程图如下：

已知：①浸取后溶液pH为2，Ge以GeO2+的形式存在；

②单宁酸为复杂有机酸，易与Fe3+络合沉淀。

(1)浸取时ZnO·GeO2发生反应的化学方程式是_______，浸渣的主要成分是_______。

(2)试剂X的作用是_______。

(3)下图为沉锗时溶液pH对锗沉淀率的影响，则适宜的pH应为_______(填标号)。

A．1.0 B．2.0 C．2.5 D．3.0

(4)沉锗时有一段沉锗和二段沉锗两种工艺，单宁酸用量与锗沉淀率关系如表所示，工业常用二段沉锗工艺且单宁酸总用量为25倍，其原因是_______。

(5)可从滤液中回收的金属元素主要有_______。

(6)若用C2H2O表示单宁酸，压滤后的含锗沉淀表示为GeO(C2H2O)2SO4，其在空气中灼烧会得到SO2、H2O、CO2三种气体，该反应方程式为_______。

10．（2022·安徽芜湖·三模）硫酸锰是一种重要的化工中间体。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿(主要成分为MnO2等锰的氧化物)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下：

已知：①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。

②金属离子在水溶液中沉淀的pH范围如下表所示(25℃)：

③离子浓度≤10-5mol·L-1时，离子沉淀完全。

(1)“混合焙烧”的主要目的是_______

(2)若试剂a为MnO2，则氧化步骤发生反应的离子方程式为_______，若省略“氧化”步骤，造成的影响是_______。

(3)“中和除杂”时，应控制溶液的pH范围是_______。

(4)“氟化除杂”后，溶液中c(F-)浓度为0.05mol·L-1。则溶液中c(Mg2+)和c(Ca2+)的比值=_______(已知：Ksp(MgF2)=6.4×10-10；Ksp(CaF2)=3.6×10-12)

(5)“碳化结晶”时发生反应的离子方程式为_______，选择NH4HCO3而不选择Na2CO3溶液的原因是_______。

11．（2022·安徽芜湖·三模）硫酸锰是一种重要的化工中间体。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿(主要成分为MnO2等锰的氧化物)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下：

已知：①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。

②金属离子在水溶液中沉淀的pH范围如下表所示(25℃)：

③离子浓度≤10-5mol·L-1时，离子沉淀完全。

(1)“混合焙烧”的主要目的是_______

(2)若试剂a为MnO2，则氧化步骤发生反应的离子方程式为_______，若省略“氧化”步骤，造成的影响是_______。

(3)“中和除杂”时，应控制溶液的pH范围是_______。

(4)“氟化除杂”后，溶液中c(F-)浓度为0.05mol·L-1。则溶液中c(Mg2+)和c(Ca2+)的比值=_______(已知：Ksp(MgF2)=6.4×10-10；Ksp(CaF2)=3.6×10-12)

(5)“碳化结晶”时发生反应的离子方程式为_______，选择NH4HCO3而不选择Na2CO3溶液的原因是_______。

12．（2022·四川宜宾·二模）铟(In)作为一种稀有贵金属，广泛应用于很多高新领域。工业上从含铟废渣(主要成分是In3+、Cl−，还含有少量Bi3+、Pb2+、Sn2+等杂质)中提取粗铟的工艺流程如下图所示：

已知：①该工艺条件下，溶液中有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：

②氧化性：Fe3+>Bi3+>Sn2+>Fe2+

回答下列问题：

(1)“中性水洗”时，含铟废渣中金属阳离子转化为氢氧化物或氧化物。Sn2＋转化为SnO的离子方程式是_______，该过程需加入大量水并加热，目的是_______。

(2)“酸浸”时，得到对应的硫酸盐，则“滤渣”的主要成分是_______(填化学式)。

(3)“净化”时，生成Bi的离子方程式是_______。

(4)“富铟”时，“调pH”应控制的pH范围是_______。

(5)利用上述表格数据，计算In(OH)3的Ksp=_______。

(6)实验室检验“滤液2”中主要金属阳离子的方法是_______。