高考化学微专题小练习专练22化学工艺流程含答案

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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pH如下表：
回答下列问题：
（1）在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为 ，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因 。
（2）在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）在“酸浸”中，除加入醋酸（HAc），还要加入H2O2。
（ⅰ）能被H2O2氧化的离子是 ；
（ⅱ）H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb（Ac）2，其化学方程式为________________________________________________________________________；
（ⅲ）H2O2也能使PbO2转化为Pb（Ac）2，H2O2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 。
2.[2021·广东卷]对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝（Al）、钼（M）、镍（Ni）等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如下：
已知：25 ℃时，H2CO3的Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11；Ksp（BaMO4）＝3.5×10－8；Ksp（BaCO3）＝2.6×10－9；该工艺中，pH>6.0时，溶液中M元素以MO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) 的形态存在。
（1）“焙烧”中，有Na2MO4生成，其中M元素的化合价为 。
（2）“沉铝”中，生成的沉淀X为 。
（3）“沉钼”中，pH为7.0。
①生成BaMO4的离子方程式为 。
②若条件控制不当，BaCO3也会沉淀。为避免BaMO4中混入BaCO3沉淀，溶液中c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) )) ∶c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(MO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )) ＝ （列出算式）时，应停止加入BaCl2溶液。
（4）①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和Y，Y为 。
②往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量 （填化学式）气体，再通入足量CO2，可析出Y。
（5）高纯AlAs（砷化铝）可用于芯片制造。芯片制造中的一种刻蚀过程如图所示，图中所示致密保护膜为一种氧化物，可阻止H2O2刻蚀液与下层GaAs（砷化镓）反应。
①该氧化物为 。
②已知：Ga和Al同族，As和N同族。在H2O2与上层GaAs的反应中，As元素的化合价变为＋5价，则该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为 。
3.[2021·北京卷]铁黄是一种重要的化工产品。由生产钛白粉废渣制备铁黄的过程如下。
eq \x(\(\s\up11(钛白粉),\s\d4(废渣))) eq \(――→,\s\up11(蒸馏水、铁粉),\s\d4(纯化)) eq \x(\(\s\up11(精制),\s\d4(FeSO4溶液))) eq \(――→,\s\up11(一定量氨水、空气),\s\d4(制备晶种)) eq \x(\(\s\up11(铁黄晶种),\s\d4(FeOOH))) …… eq \(――→,\s\up11( ),\s\d4(制备铁黄)) eq \x(\(\s\up11(铁黄产品),\s\d4(FeOOH)))
资料：
ⅰ.钛白粉废渣成分：主要为FeSO4·H2O，含少量TiOSO4和不溶物
ⅱ.TiOSO4＋（x＋1）H2O⇌TiO2·xH2O↓＋H2SO4
ⅲ.0.1 ml·L－1 Fe2＋生成Fe（OH）2，开始沉淀时pH＝6.3，完全沉淀时pH＝8.3
0.1 ml·L－1 Fe3＋生成FeOOH，开始沉淀时pH＝1.5，完全沉淀时pH＝2.8
（1）纯化
①加入过量铁粉的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②充分反应后，分离混合物的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）制备晶种
为制备高品质铁黄产品，需先制备少量铁黄晶种。过程及现象是：向一定浓度FeSO4溶液中加入氨水，产生白色沉淀，并很快变成灰绿色。滴加氨水至pH为6.0时开始通空气并记录pH变化（如图）。
①产生白色沉淀的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②产生白色沉淀后的pH低于资料ⅲ中的6.3。原因是：沉淀生成后c（Fe2＋） 0.1 ml·L－1（填“>”“＝”或“<”）。
③0～t1时段，pH几乎不变；t1～t2时段，pH明显降低。结合方程式解释原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④pH≈4时制得铁黄晶种。若继续通入空气，t3后pH几乎不变，此时溶液中c（Fe2＋）仍降低，但c（Fe3＋）增加，且c（Fe2＋）降低量大于c（Fe3＋）增加量。结合总方程式说明原因：________________________________________________________________________。
（3）产品纯度测定
铁黄纯度可以通过产品的耗酸量确定。
eq \x(w g铁黄) eq \(――→,\s\up11(H2SO4标准溶液),\s\d4(加热溶解)) eq \x(溶液b) eq \(――→,\s\up7(Na2C2O4溶液)) eq \x(溶液c) eq \(――→,\s\up11(NaOH标准溶液),\s\d4(酚酞)) 滴定
资料：Fe3＋＋3C2O eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) ===Fe（C2O4） eq \\al(\s\up11(3－),\s\d4(3)) ，
Fe（C2O4） eq \\al(\s\up11(3－),\s\d4(3)) 不与稀碱液反应
Na2C2O4过量，会使测定结果 （填“偏大”“偏小”或“不受影响”）。
4.[2021·山东卷]工业上以铬铁矿（FeCr2O4，含Al、Si氧化物等杂质）为主要原料制备红矾钠（Na2Cr2O7·2H2O）的工艺流程如下。回答下列问题：
（1）焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4，并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐。焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10－5 ml·L－1时，可认为已除尽。
中和时pH的理论范围为 ；酸化的目的是 ；Fe元素在 （填操作单元的名称）过程中除去。
（3）蒸发结晶时，过度蒸发将导致 ；冷却结晶所得母液中，除Na2Cr2O7外，可在上述流程中循环利用的物质还有 。
（4）利用膜电解技术（装置如图所示），以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为：
4Na2CrO4＋4H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑
则Na2Cr2O7在__________（填“阴”或“阳”）极室制得，电解时通过膜的离子主要为__________。
专练22 化学工艺流程
1．(1)PbSO4(s)＋CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) (aq)===PbCO3(s)＋SO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) (aq) 存在沉淀溶解平衡PbSO4(s)⇌Pb2＋(aq)＋SO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) (aq)，已知Ksp(PbCO3)≪Ksp(PbSO4)，加入Na2CO3，可将PbSO4转化为更难溶的PbCO3，有利于后续溶于酸
(2)沉淀转化反应BaSO4(s)＋CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) (aq)⇌BaCO3(s)＋SO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) (aq)的平衡常数K≈0.04，K值较小，说明正向反应程度有限
(3)(ⅰ)Fe2＋ (ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O (ⅲ)H2O2作还原剂，还原PbO2
(4)Al(OH)3、Fe(OH)3、BaSO4
(5)Ba2＋、Na＋
解析：(1)结合难溶电解质的Ksp，可知利用Na2CO3“脱硫”发生沉淀转化反应：PbSO4(s)＋CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) (aq)===PbCO3(s)＋SO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) (aq)；存在沉淀溶解平衡PbSO4(s)⇌Pb2＋(aq)＋SO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) (aq)，已知Ksp(PbCO3)≪Ksp(PbSO4)，加入Na2CO3，可将PbSO4转化为更难溶的PbCO3，有利于后续溶于酸。(2)沉淀转化反应BaSO4(s)＋CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) (aq)⇌BaCO3(s)＋SO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) (aq)的平衡常数K＝ eq \f(c（SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ）,c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）) ＝ eq \f(Ksp（BaSO4）,Ksp（BaCO3）) ＝ eq \f(1.1×10－10,2.6×10－9) ≈0.04，K值较小，说明正向反应程度有限，BaSO4不能完全转化为BaCO3。(3)(ⅰ)根据铅膏的组成成分中含铁元素可知，H2O2能够氧化的离子为Fe2＋；(ⅱ)H2O2将Pb氧化为Pb2＋，继而Pb2＋与醋酸反应生成Pb(Ac)2，反应的化学方程式为Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O；(ⅲ)PbO2转化为Pb(Ac)2的过程中Pb元素化合价降低，则H2O2作还原剂，起到还原PbO2的作用。(4)“脱硫”时，BaSO4部分转化为BaCO3，Ba元素以BaSO4、BaCO3的形式进入“酸浸”工序，此外还有Al、Fe等金属元素，结合题给金属氢氧化物沉淀时的pH和铅膏的成分，可知滤渣中含有Al(OH)3、Fe(OH)3、BaSO4。(5)“沉铅”后的滤液中有“酸浸”时BaCO3溶于酸产生的Ba2＋，还有因加入NaOH溶液而引入的Na＋。
2．(1)＋6
(2)Al(OH)3
(3)①MO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) ＋Ba2＋===BaMO4↓
② eq \f(2.6×10－9,3.5×10－8) × eq \f(1.0×10－7,4.7×10－11)
(4)①NaHCO3 ②NH3
(5)①Al2O3 ②4∶1
解析：(1)根据化合物Na2MO4中Na为＋1价，O为－2价，由化合物中化合价代数和为0，可计算出Na2MO4中M元素的化合价为＋6。(2)“750 ℃焙烧”时，废催化剂中的氧化铝发生反应：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，“滤液Ⅰ”中主要存在NaAlO2和Na2MO4，通入过量CO2时，发生反应：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，生成的沉淀X为Al(OH)3。(3)由(2)的分析可知“滤液Ⅱ”的主要成分是NaHCO3和Na2MO4。①“滤液Ⅱ”中加入BaCl2溶液生成BaMO4的离子方程式为MO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) ＋Ba2＋===BaMO4↓。②开始生成BaCO3时，溶液中 eq \f(c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）,c（MO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ）) ＝ eq \f(Ksp（BaCO3）,Ksp（BaMO4）) ＝ eq \f(2.6×10－9,3.5×10－8) ，又因为Ka2＝ eq \f(c（H＋）·c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）,c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）) ＝4.7×10－11，由于“沉钼”中，pH为7.0，则 eq \f(c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）,c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）) ＝ eq \f(Ka2,c（H＋）) ＝ eq \f(4.7×10－11,1.0×10－7) ，因此可得 eq \f(c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）,c（MO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ）) ＝ eq \f(2.6×10－9,3.5×10－8) × eq \f(1.0×10－7,4.7×10－11) 。(4)①由于“滤液Ⅱ”的主要成分是NaHCO3和Na2MO4，加入适量BaCl2溶液“沉钼”后，“滤液Ⅲ”中主要存在的钠盐有NaCl和NaHCO3，则Y为NaHCO3。②由“滤液Ⅲ”制备NaHCO3，原理类似侯氏制碱法，加入NaCl固体后，通入足量碱性气体NH3，再通入足量CO2，发生反应：NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3、NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl，析出溶解度较小的NaHCO3固体。(5)①由题给芯片制造的刻蚀过程示意图可知，加入H2O2刻蚀液，GaAs逐渐溶解，当H2O2刻蚀液接触AlAs时，反应生成一种致密的氧化膜，由此可知，Ga、As均可溶于H2O2刻蚀液中，形成的致密氧化膜是AlAs中的铝被氧化为致密的Al2O3膜。②GaAs与H2O2反应时，As由－3价变为＋5价，O由－1价变为－2价，由氧化还原反应中得失电子守恒规律可知，氧化剂(H2O2)与还原剂(GaAs)的物质的量之比为4∶1。
3．(1)①与硫酸反应，使得
TiOSO4＋2H2O⇌TiO2·H2O↓＋H2SO4
平衡正向移动，沉钛；过量的作用是防止二价铁被氧化
②过滤
(2)①Fe2＋＋2NH3·H2O===Fe(OH)2↓＋2NH eq \\al(\s\up11(＋),\s\d4(4)) ②>
③pH 6.0左右，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，因此pH几乎不变，之后发生反应4Fe2＋＋O2＋6H2O===4FeOOH↓＋8H＋，溶液中H＋浓度增大，pH减小 ④溶液中同时存在两个氧化反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O和4Fe2＋＋O2＋6H2O===4FeOOH↓＋8H＋，因此c(Fe2＋)的减小大于c(Fe3＋)的增加，或用叠加反应解释：12Fe2＋＋3O2＋2H2O===4FeOOH↓＋8Fe3＋
(3)不受影响
解析：(2)②0.1 ml·L－1 Fe2＋沉淀为Fe(OH)2，起始的pH为6.3，Ksp[Fe(OH)2]为定值，溶液pH越小，c(H＋)越大，c(OH－)越小，沉淀生成时溶液中c(Fe2＋)越大。(3)NaOH标准液用来测定剩余H2SO4标准液的量，若Na2C2O4过量，剩余H2SO4可与Na2C2O4反应生成H2C2O4，用酚酞作指示剂时，H2C2O4与NaOH反应生成Na2C2O4和H2O，H2SO4～H2C2O4～2NaOH，H2SO4转化为H2C2O4，消耗NaOH标准液的量不变，故测定结果不受影响。
4．(1)使气、固反应物充分接触，加快反应速率，使反应充分进行
(2)4.5～9.3 使CrO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) 转化为Cr2O eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(7)) 浸取
(3)有Na2Cr2O7析出 H2SO4 (4)阳 Na＋
解析：(2)“焙烧”后Al与Si元素转化为Na[Al(OH)4]、Na2SiO3，FeCr2O4转化为Fe2O3和Na2CrO4，加水“浸取”后，Fe2O3被滤去；“中和”的目的是去除杂质Na[Al(OH)4]、Na2SiO3，由题意可知，题图中纵坐标为－5时，杂质微粒沉淀完全，对应pH的理论范围为4.5～9.3；“酸化”的目的是将Na2CrO4转化为Na2Cr2O7。(3)“酸化”后溶液中含有Na2Cr2O7、Na2SO4、H2SO4，蒸发结晶、过滤得到的副产品应是硫酸钠或其结晶水合物，若过度蒸发将导致Na2Cr2O7析出；冷却结晶得到Na2Cr2O7·2H2O，母液中的硫酸可循环利用。(4)阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Na2CrO4在阳极室酸化后转化为Na2Cr2O7，电解时2 ml Na2CrO4转化为1 ml Na2Cr2O7，为保持溶液呈电中性，多余Na＋应通过离子交换膜进入阴极室。难溶电解质
PbSO4
PbCO3
BaSO4
BaCO3
Ksp
2.5×10－8
7.4×10－14
1.1×10－10
2.6×10－9
金属氢氧化物
Fe（OH）3
Fe（OH）2
Al（OH）3
Pb（OH）2
开始沉淀的pH
2.3
6.8
3.5
7.2
完全沉淀的pH
3.2
8.3
4.6
9.1