2023届高考化学二轮复习题型3无机化工生产流程题突破练含解析

这是一份2023届高考化学二轮复习题型3无机化工生产流程题突破练含解析，共42页。
题型3:无机化工生产流程题


原料预处理

【典例】(1)(2022·海南等级考节选)胆矾(CuSO4·5H2O)是一种重要化工原料,某研究小组以生锈的铜屑为原料[主要成分是Cu,含有少量的油污、CuO、CuCO3、Cu(OH)2]制备胆矾。流程如图。

步骤①的目的是________________________________。 
(2)(2022·河北等级考节选)以焙烧黄铁矿FeS2(杂质为石英等)产生的红渣为原料制备铵铁蓝Fe(NH4)Fe(CN)6颜料。工艺流程如下:

黄铁矿研细的目的是 _____________________________________________。 
(3)(2022·辽宁选择考节选)某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3,含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4,工艺流程如下:

为提高焙烧效率,可采取的措施为__。 
a.进一步粉碎矿石　b.鼓入适当过量的空气
c.降低焙烧温度
【审答思维】题干划线部分关键信息解读
关键信息
答题思维
含有少量的油污
原料表面含有少量的油污,Na2CO3溶液呈碱性,可以除去原料表面的油污
研细
将块状矿石研细后,增大其与液体的接触面积,从而可以加快反应速率,提高黄铁矿的利用率
提高焙烧效率
提高焙烧效率可以从加快反应速率的角度分析,如增大接触面积、升温、增大反应物的浓度等
【失分警示】(1)注意点只关注无机物“CuO”等,忽略“油污”或忽略纯碱溶液的碱性,从而错答第(1)问;
(2)考虑问题不全面,只考虑研细对速率的影响,忽略对矿石利用率的影响;
(3)不能将“提高效率”与加快反应速率联系在一起,第(3)问错选或漏选。

原料的预处理及目的
1.研磨:将固体物质粉碎,增大固体与液体或气体间接触面积,加快反应速率,提高固体的利用率。
2.灼烧:除去可燃性杂质或使原料初步转化。
3.煅烧:改变结构,使一些物质能溶解,杂质在高温下氧化分解。
4.浸取
(1)酸浸:溶解,除去氧化物(膜),调节pH促进沉淀、抑制水解。
(2)碱浸:去油污,除去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节pH促进沉淀、抑制水解。
(3)水浸:与水反应或溶解。
5.搅拌:加快反应(溶解)速率,使反应充分进行,提高原料利用率。

1.碳酸锶(SrCO3)是一种重要的工业原料,广泛用于生产锶铁氧体磁性材料。一种以菱锶矿(主要含有SrCO3及少量MgCO3、CaCO3、BaCO3等)制备高纯碳酸锶的工艺流程如图所示。

向“立窑煅烧”中投料前,将菱锶矿、焦炭混合粉碎的目的是____________________________________________(任写两点)。 
2.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图:

已知:“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、 MgO。“混合焙烧”的主要目的是 ______________________________________________。 
3.氧化锌是一种白色粉末,可溶于酸、氢氧化钠溶液、氨水和氨水铵盐缓冲溶液中,它在橡胶、油漆涂料、化工、医疗及食品等行业有着广泛应用。一种由含锌烟灰(含有ZnO、CuO、PbO、FeO、Fe2O3、MnO、MnO2、CdO等)制备氧化锌的工艺流程如图所示:


已知:i)二价金属氧化物分别与氨络合,Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)能与氨络合生成[Fe(NH3)2]2+、[Mn(NH3)2]2+;
ii)pH=11.6,Eh=0.70V时,Fe(Ⅱ)转化成FeOOH,Mn(Ⅱ)转化成α-MnO2。“氧化预处理”时,加入Ca(ClO)2溶液的目的为___________________________________。 
化工生产中反应条件的控制

【典例】(1)(2022·山东等级考节选)工业上以氟磷灰石[Ca5F(PO4)3,含SiO2

等杂质]为原料生产磷酸和石膏,工艺流程如右:
回答下列问题:
SO42-浓度(以SO3%计)在一定范围时,石膏存在形式与温度、H3PO4浓度(以P2O5%计)的关系如图甲所示。酸解后,在所得100 ℃、P2O5%为45的混合体系中,石膏存在形式为________________(填化学式);洗涤时使用一定浓度的硫酸溶液而不使用水,原因是__________________________________;一定温度下,石膏存在形式与溶液中P2O5%和SO3%的关系如图乙所示,下列条件能实现酸解所得石膏结晶转化的是________(填标号)。 

A.65℃、P2O5%=15、SO3%=15
B.80℃、P2O5%=10、SO3%=20
C.65℃、P2O5%=10、SO3%=30
D.80℃、P2O5%=10、SO3%=10
(2)(2022·辽宁选择考节选)某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3,含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4,工艺流程如下:

“酸浸”中过量浓盐酸的作用为①充分浸出Bi3+和Mn2+;②________________。 
(3)(2021·山东等级考节选)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)的工艺流程如图。回答下列问题:

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 mol·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_______________。 
【审答思维】题干划线部分关键信息解读
关键信息
答题思维
硫酸溶液而不使用水
两液体的区别为硫酸溶液中SO42-的浓度大,可减小CaSO4的溶解
石膏结晶转化
由图乙信息可知,65 ℃时,位于65 ℃线上方的晶体全部以CaSO4·0.5H2O形式存在,位于65 ℃线下方的晶体全部以CaSO4·2H2O形式存在;80 ℃时,位于80 ℃线上方的晶体全部以CaSO4·0.5H2O形式存在,位于80 ℃线下方的晶体全部以CaSO4·2H2O形式存在
“酸浸”中过量浓盐酸
“酸浸”后溶液中含有的离子主要为Bi3+、Fe3+、Mn2+,取滤液进行转化,故要防止金属离子水解生成沉淀
酸化
降低溶液的pH,由图像知降低pH可使CrO42-转化为Cr2O72-,提高产率
　【失分警示】(1)不理解图乙的含义,从而在第(1)问中错选;
(2)不能充分利用工业流程图,分析制备原理“利用酸浸后的滤液制备产品”,从而错答第(2)问;
(3)只关注沉淀的生成,忽略沉淀“H2SiO3”的再溶解,错误选择pH范围。

反应条件控制
1.控制pH
控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点:①能与H+反应,使溶液pH增大;②不引入新杂质。
2.控制温度
(1)控制低温的目的
①防止某反应物及目标产物分解,如H2O2、AgNO3、HNO3(浓)等;
②防止某反应物或目标产物挥发,如盐酸、醋酸、硝酸和氨水等;
③抑制物质的水解,如Fe3+、Al3+、Cu2+、S2-;
④反应放热,低温使反应正向移动;
⑤避免副反应的发生:如乙醇的消去反应需迅速升温至170℃;
⑥确保催化剂的催化活性,兼顾速率和转化率,追求经济效益;
⑦沸点较高物质的液化收集:用冰水浴冷凝并收集SO3;
⑧若转化率变化不大,高温下浪费能源。
(2)加热的目的
①加速某固体的溶解;
②减少气体生成物的溶解并加速逸出;
③一般加快反应速率;
④使平衡向需要的方向移动;
⑤趁热过滤,防止某物质降温时析出而损失或带入新杂质。
(3)控制某温度范围的目的
从温度过高或温度过低会导致的后果两方面作答。
3.控制压强
(1)减压
减压过滤,加快过滤速率;减压蒸馏,降低蒸馏温度,防止产品分解;减压蒸发,降低蒸发温度,防止物质分解或失去结晶水。
(2)加压
加快速率,平衡移动。

1.1868年门捷列夫发现元素周期律,距今已有154年。他预言了很多未知元素,锗是其中一种,工业上用精硫锗矿(主要成分为GeS2,其中Ge化合价为+4)制取高纯度锗,其工艺流程如图所示。请回答:

(1)粉碎精硫锗矿的目的是__________________________。800 ℃,使精硫锗矿在N2氛围中升华的原因是__________________________________________。 
(2)酸浸时温度不能过高的原因是___________________________________; 
酸浸后得到粗GeO2的操作为_____________________________________。 
2.磷酸钒锂[Li3V2(PO4)3]是常用锂电极材料的填充物,某工业利用钒渣(FeO·V2O3,含Al2O3、SiO2等杂质)和β-锂辉矿(LiAlSi2O6,含少量MgO、CaCO3等杂质)制备该物质的工艺流程如图所示:

已知:
①V2O5微溶于水,具有强氧化性,属于两性氧化物;草酸具有强还原性,受热易分解;
②向Na3VO4溶液(加热生成VO3-)中加酸,不同pH对应的主要存在形式如下表:
pH
≥13
10.6~12
约8.4
3~8
约2
Ksp,则有沉淀生成
②利用Ksp的数值计算某一离子浓度,若该离子浓度小于10-5 mol·L-1,则该离子沉淀完全
常温下,计算氢氧化物沉淀开始和沉淀完全时的pH
①根据氢氧化物的Ksp,先计算初始浓度溶液中c(OH-),再求得溶液的pH
②金属阳离子沉淀完全时的离子浓度为10-5 mol·L-1,依据Ksp可计算金属阳离子沉淀完全时溶液中的c(OH-),进而求得pH
计算沉淀转化反应的平衡常数,并判断沉淀转化的程度
依据沉淀的转化反应和Ksp,计算该反应的平衡常数,K值越大,转化反应越易进行,转化程度越大
沉淀先后的计算与判断
①若沉淀类型相同,则Ksp小的化合物先沉淀;
②若沉淀类型不同,则需要根据Ksp计算出沉淀时所需离子浓度,所需离子浓度小的先沉淀

1.工业以炼钢污泥(主要成分为铁的氧化物,还含有CaO、SiO2、C等杂质)为原料制备脱硫剂活性Fe2O3·H2O,并用该脱硫剂处理沼气中H2S的流程如下:


(1)“除杂”:若使还原后的滤液中Ca2+完全沉淀(离子浓度小于10-6 mol·L-1),则滤液中c(F-)需大于________________;若溶液的pH偏低,将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是________________________ [Ksp(CaF2)=1.44×10-10,Ka(HF)=3.53×10-4]。
(2)“沉铁”:生成FeCO3沉淀的离子方程式为 ______________________________
_______________________________。 
2.锌电解阳极泥(主要成分为MnO2、PbSO4和ZnO,还有少量锰铅氧化物Pb2Mn8O16和Ag)是冶锌过程中产生的废渣,一种回收锌电解阳极泥中金属元素锌、锰、铅和银的工艺如图。回答下列问题:

加入Na2CO3溶液的目的是将PbSO4转化为PbCO3,Na2CO3溶液的最小浓度为________mol·L-1(保留两位小数)。判断沉淀转化能否彻底进行并说明理由
________________________________________。[已知:20 ℃时Ksp(PbSO4)=
1.6×10-8 mol2·L-2,Ksp(PbCO3)=7.4×10-14 mol2·L-2,1.262≈1.6]
3.钼酸锂(Li2MoO4)的外观为白色结晶粉末,易溶于水,难溶于有机溶剂,用于电极材料、金属陶瓷的制作。工业上以某精选钼矿(主要含MoS2,还含有少量CuFeS2)为原料制备Li2MoO4,其工艺流程如图:

回答下列问题:
钼酸铅(PbMoO4)难溶于水,其Ksp=a,常用作钼的质量检定。在100 mL 0.1 mol·L-1 Li2MoO4溶液中,加入100 mL b mol·L-1 Pb(NO3)2溶液,使MoO42-恰好沉淀完全,即c(MoO42-)=1×10-5 mol·L-1,则b=________(忽略混合时溶液体积的变化)。 

1.三氧化二铬(Cr2O3)可用作着色剂、分析试剂、催化剂等。一种利用铬铁矿(主要成分为FeO、Cr2O3,还含有Al2O3、SiO2等杂质)清洁生产Cr2O3的工艺流程如图:

已知:①铬铁矿的成分及含量(以氧化物形式表示):
成分
Cr2O3
FeO
SiO2
Al2O3
其他
质量分数
45.0%
32.5%
11.5%
10.8%
0.2%
②金属离子开始沉淀与完全沉淀的pH如下:
金属离子
Fe3+
Al3+
Cr3+
Fe2+
开始沉淀的pH
2.7
3.4
5.0
7.5
完全沉淀的pH
3.7
4.9
5.9
9.7
③铬酸酐(CrO3)常用作氧化剂;
④铁铵矾的化学式为NH4Fe(SO4)2·12H2O,在pH=3时完全沉淀。回答下列问题:
(1)“氧化酸浸”前,常将铬铁矿粉碎,目的是________________________________, 滤渣1的成分是_____________________________________。 
(2)铬酸酐的作用是____________________,“氧化酸浸”时FeO·Cr2O3反应的化学方程式是__________________________________________________________。 
(3)“沉淀”时,应调节pH不低于________,滤液1的成分主要是______________________(填化学式)。 
(4)“除铝”一步的离子方程式是 ______________________________________。 
(5)若处理1 kg铬铁矿,至少需要消耗铬酸酐的质量是________g。(保留一位小数) 
2.电解锰渣主要含MnSO4、MnO2、PbSO4、CaSO4及少量的SiO2、Fe2(SO4)3。利用电解锰渣回收铅的工艺如图所示:

已知:Ksp(PbSO4)=2.6×10-8,Ksp(PbCO3)=7.4×10-14,Ksp(CaCO3)=2.8×10-9;
回答下列问题:
(1)“还原酸浸”时,MnO2被还原的离子方程式为 ____________________。 
(2)“浸出液”含有的盐类主要有MnSO4和少量的CaSO4、____________,经除杂后得到精制MnSO4溶液。图为MnSO4的溶解度随温度的变化曲线,从精制MnSO4溶液中获得MnSO4晶体的方法为___________________________。 

(3)“浸铅”反应PbSO4+2CH3COO-Pb(CH3COO)2+SO42-能发生的原因是__
______________________________________________________。 
(4)若“浸铅”后所得溶液中c(Pb2+)=c(Ca2+)=0.1 mol·L-1,为实现铅与钙的分离,应控制“沉铅”溶液中c(CO32-)的范围为____________mol·L-1。(当溶液中金属离子浓度小于10-5 mol·L-1,可以认为该离子沉淀完全) 
(5)“沉铅”时,若用同浓度的(NH4)2CO3溶液代替NH4HCO3溶液,会生成Pb2(OH)2CO3。原因是 ______________________________________。 
(6)“沉铅”的主要副产物除CH3COONH4外,还有____________。 
3.一种从钼镍废催化剂(主要含MoS2、NiS、Al2O3、SiO2以及C)中回收镍和钼的工艺流程如图:

回答下列问题:
(1)写出“焙烧”时产生的CO2的电子式:______________。 
(2)“焙烧”时,MoS2首先转化为MoO3,写出该反应的化学方程式:__。 
(3)写出滤液中溶质的一种工业用途: ____________________; 
“净化2”时,发生反应的离子方程式为 ____________________。 
(4)已知常温下,Ksp(CaMoO4)=1.46×10-8;Ksp(CaCO3)=3.36×10-9,由CaMoO4制备Na2MoO4的方法是 ______________________________________。 
(5)已知NiO是不溶于水的碱性氧化物,由浸渣“除铝”所用的试剂是______________;“酸溶”得到的溶液制备NiSO4·7H2O的操作方法是________________、过滤、洗涤、干燥。 
(6)若废催化剂中含160 g MoS2,上述工艺中获得CaMoO4的质量为190 g,则CaMoO4的产率为____________________________________。 
4.以钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有MgO、CaO、SiO2等杂质)为原料合成锂离子电池的电极材料钛酸锂(Li4Ti5O12)和铁红(Fe2O3)的工艺流程如图:

回答下列问题:
(1)已知FeTiO3与盐酸反应后有TiOCl2生成,写出该反应的化学方程式:__。 
(2)“酸浸”过程中,用不同溶剂溶解HCl,图中a为HCl—CH3OH(无水)、b为HCl—H2O(3 mol·L-1盐酸)、c为HCl—CH3OH—H2O(H2O占体积比50%);图甲表示在35 ℃时铁和钛的浸出率随时间的变化,图乙表示铁和钛的浸出率随温度的变化:

根据上图,可知“酸浸”时适宜选择的溶剂为________(填“a”“b”或“c”)、温度为________;在HCl浓度相同的情况下,温度高于35 ℃时,铁和钛的浸出率下降的原因是____________________________________________________________。 
(3)“溶钛”时生成过氧化钛酸铵[(NH4)2Ti5O15],其中每个分子中含有过氧键(O—O)的数目为_________________________________________________________个。 
(4)“沉铁”过程中生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体,该过程的离子方程式为 __________________________________________________________。 
(5)“沉铁”过滤后,“洗涤”沉淀的操作方法是 _______________________。 
(6)FeCO3达到沉淀溶解平衡时,室温下测得溶液的pH为8,c(Fe2+ )为1.0 ×10-5 mol·L-1,通过计算判断所得FeCO3固体中是否混有Fe(OH)2: ______________ 
{已知:Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17}。
5.为解决钒、铬资源的利用问题,我国进行了钒铬渣分离提取钒铬的技术研究,某种提取钒铬的工艺流程如下。

已知:
①钒铬渣中含有V2O3、Cr2O3及SiO2、Fe2O3、FeO等
②“沉钒”时析出正五价含氧酸铵盐
③25 ℃时,Cr(OH)3的溶度积常数为6.4×10-31;
lg4=0.6
回答下列问题:
(1)钒铬渣“氧化焙烧”之前通常要将原料粉碎,其目的是________________。 
(2)“氧化焙烧”时,钒铬渣中化合价发生变化的三种元素的价层电子排布式为________、________、________。 
(3)“除杂”产生的滤渣2的成分是____________(用化学式表示)。 
(4)写出紧接“沉钒”的“煅烧”反应的化学方程式 __________________________。 
(5)“还原”溶液中的Cr2O72-时发生反应的离子方程式为_____________________。 
已知双氧水还原Cr2O72-的效率在40 ℃时最高,解释原因___________________。 
(6)“沉铬”过程中,含铬元素的离子刚好完全沉淀时,溶液的pH=________(已知溶液中离子浓度小于10-5 mol·L-1时认为已完全沉淀)。 














题型3:无机化工生产流程题
考向1

【典例】【解析】(1)原料表面含有少量的油污,Na2CO3溶液呈碱性,可以除去原料表面的油污;(2)黄铁矿研细的主要目的是增大固液接触面积,加快反应速率,提高黄铁矿的利用率;(3)a.联合焙烧时,进一步粉碎矿石,可以增大矿石与空气的接触面积,能够提高焙烧效率,选项a符合题意;b.鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应,选项b符合题意;c.降低焙烧温度,反应速率减慢,不利于提高焙烧效率,选项c不符合题意。
答案:(1)除油污　(2)增大固液接触面积,加快反应速率,提高黄铁矿的利用率　(3)ab

1.【解析】从反应速率的影响因素分析,将菱锶矿、焦炭混合粉碎的目的是增大接触面积,加快反应速率;提高原料的转化率。
答案:增大接触面积,加快反应速率;提高原料的转化率
2.【解析】由“已知”中“混合焙烧”后烧渣的成分可知,此操作目的为将硫化物转化为金属氧化物。
答案:将硫化物转化为金属氧化物
3.【解析】根据信息i)二价金属氧化物分别与氨络合,Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)能与氨络合生成[Fe(NH3)2]2+、[Mn(NH3)2]2+,根据信息ii)可知,pH=11.6,Eh=0.70V时,Fe(Ⅱ)转化成FeOOH,Mn(Ⅱ)转化成α-MnO2,避免浸出时溶解;故答案为将含锌烟灰中的铁(Ⅱ)和锰(Ⅱ)分别氧化为FeOOH和α-MnO2,避免其在浸出时溶解。
答案:将含锌烟灰中的铁(Ⅱ)和锰(Ⅱ)分别氧化为FeOOH和α-MnO2,避免其在浸出时溶解
考向2

【典例】【解析】(1)根据图中的坐标信息,酸解后,在所得100 ℃、P2O5%为45的混合体系中,石膏存在形式为CaSO4·0.5H2O;CaSO4在硫酸中的溶解度小于在水中的,因此,洗涤时使用一定浓度的硫酸溶液而不使用水的原因是减少CaSO4的溶解损失,提高产品石膏的产率;由图甲信息可知,温度越低,越有利于实现酸解所得石膏结晶的转化,由图乙信息可知,65 ℃时,位于65 ℃线上方的晶体全部以CaSO4·0.5H2O形式存在,位于65 ℃线下方的晶体全部以CaSO4·2H2O形式存在;80 ℃时,位于80 ℃线上方的晶体全部以CaSO4·0.5H2O形式存在,位于80 ℃线下方的晶体全部以CaSO4·2H2O形式存在;已知酸解后所得100 ℃、P2O5%为45的混合体系中石膏存在形式为CaSO4·0.5H2O;P2O5%=15、SO3%=15,由图乙信息可知,该点坐标位于65 ℃线下方,故能实现晶体的完全转化,A符合题意;P2O5%=10、SO3%=20,由图乙信息可知,该点坐标位于80 ℃线上方,晶体全部以CaSO4·0.5H2O形式存在,故不能实现晶体的完全转化,B不符合题意;P2O5%=10、SO3%=30,由图乙信息可知,该点坐标位于65 ℃线上方,晶体全部以CaSO4·0.5H2O形式存在,故不能实现晶体转化, C不符合题意;P2O5%=10、SO3%= 10,由图乙信息可知,该点坐标位于80 ℃线下方,晶体全部以CaSO4·2H2O形式存在,故能实现晶体的完全转化,D符合题意,综上所述,能实现酸解所得石膏结晶转化的是AD。
(2)加入浓盐酸后,溶液中含有的离子主要为Bi3+、Fe3+、Mn2+、H+、Cl-,而酸浸后取滤液进行转化,故要防止金属离子水解生成沉淀,进入滤渣,造成制得的BiOCl产率偏低。
(3)中和时调节溶液pH目的是将[Al(OH)4]-、SiO32-转化为沉淀过滤除去,由图可知,当溶液pH≥4.5时,Al3+除尽,当溶液pH>9.3时,H2SiO3会再溶解生成SiO32-,因此中和时pH的理论范围为4.5≤pH≤9.3;将Al元素和Si元素除去后,溶液中Cr元素主要以Cr2O72-和CrO42-形式存在,溶液中存在平衡:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O,降低溶液pH,平衡正向移动,可提高Na2Cr2O7的产率。
答案:(1)CaSO4·0.5H2O　减少CaSO4的溶解损失,提高产品石膏的产率　AD　(2)抑制金属离子水解
(3)4.5≤pH≤9.3　使2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O平衡正向移动,提高Na2Cr2O7的产率

1.【解析】(1)粉碎精硫锗矿的目的是增大固体表面积,加快GeS2的升华速率。800 ℃,使精硫锗矿在N2氛围中升华的原因是升华过程中需要加热,在氮气中进行可以避免GeS2被氧化,得到较为纯净的GeS2。
(2)浓硝酸受热易分解,所以酸浸时温度不能过高;GeO2不溶于酸,所以酸浸后得到粗GeO2的操作为过滤。
答案:(1)增大固体表面积,加快GeS2的升华速率　避免GeS2被氧化,得到较为纯净的GeS2　(2)浓硝酸受热易分解　过滤
2.【解析】(1)钒渣在焙烧过程中LiV2(PO4)3生成NaVO3,加入SO2后被还原为VO2+。“沉钒”时,加入KClO3不能过量的原因是KClO3氧化VO2+时,生成Cl-,过量KClO3与Cl-生成氯气污染环境;由V元素存在形式和pH表可知,pH约为2时以V2O5形式存在,则“沉钒”时加硫酸最终需要控制pH约为2;
(2)草酸具有强还原性,溶解“滤渣Ⅱ”时,V2O5与草酸发生氧化还原反应得到V2(C2O4)3和CO2,反应方程式为V2O5+5H2C2O4===V2(C2O4)3+4CO2↑+5H2O;已知草酸受热易分解,温度超过70 ℃滤渣Ⅱ溶解速率反而减慢的可能原因是超过70 ℃,草酸受热分解。
答案:(1)KClO3氧化VO2+时,生成Cl-,过量KClO3与Cl-生成氯气污染环境　2　(2)V2O5+5H2C2O4===V2(C2O4)3+4CO2↑+5H2O　超过70 ℃,草酸受热分解
考向3

【典例】【解析】(1) “操作X”的结果是分离出月桂酸,由信息可知,月桂酸熔点为44 ℃、难溶于水,故“操作X”的过程为先冷却结晶,再固液分离。(2)已知黄铁矿高温煅烧生成Fe2O3,反应原理为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,故产生的红渣主要成分为Fe2O3和SiO2,将红渣粉碎后加入足量的50%的H2SO4溶液加热充分酸浸,反应原理为Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O,过滤出滤渣①,主要成分为SiO2,向滤液中加入黄铁矿进行还原,将Fe3+还原为Fe2+,则硫元素被氧化为SO42-,反应原理为14Fe3++FeS2+8H2O===15Fe2++2SO42-+16H+,然后进行工序①为蒸发浓缩、冷却结晶,得到FeSO4晶体和母液,母液主要含有FeSO4溶液和H2SO4,过滤洗涤得到FeSO4晶体。
答案:(1)冷却结晶　(2)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤

1.【解析】操作Ⅲ是从溶液中得到晶体,根据绿矾的性质可知其具体操作依次是蒸发浓缩,降温结晶,过滤;绿矾带有结晶水,烘干时温度过高会失去结晶水,故需要减压烘干。
答案:蒸发浓缩,降温结晶,过滤　绿矾带有结晶水,烘干时温度过高会失去结晶水,故需要减压烘干
2.【解析】Li2CO3的溶解度随温度的升高而逐渐减小,为了获得更多更纯的Li2CO3固体,“系列操作”依次为蒸发结晶、趁热过滤、热水洗涤和干燥。
答案:蒸发结晶、趁热过滤、热水洗涤
考向4

【典例】【解析】(1)向80~90 ℃滤液①中加入KMnO4溶液,可氧化Fe2+,得到Fe(OH)3和MnO2的滤渣②,反应的离子方程式为3Fe2++MnO4-+7H2O===
3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+;
(2)沉铁工序中产生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合价为+2价,[Fe(CN)6]3-中Fe的化合价为+3价,氧化工序所发生的离子方程式为6Fe(NH4)2Fe(CN)6+ClO3-+6H+===6Fe(NH4)Fe(CN)6+3H2O+Cl-+6NH4+;
(3)根据信息反应物为CeO2与H2O2,产物为Ce3+和O2,根据电荷守恒和元素守恒可知其离子方程式为2CeO2+H2O2+6H+===2Ce3++O2↑+4H2O。
答案:(1)3Fe2++MnO4-+7H2O===3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+
(2)+2、+3
6Fe(NH4)2Fe(CN)6+ClO3-+6H+===6Fe(NH4)Fe(CN)6+3H2O+Cl-+6NH4+
(3)2CeO2+H2O2+6H+===2Ce3++O2↑+4H2O

1.【解析】(1)“氧化焙烧”步骤中,BaO不参与反应,由流程可知CeFCO3与通入的氧气发生氧化还原反应生成CeO2、CeF4和CO2。(2)滤液A中CeF3+能溶于有机物TBP,振荡静置后的水层与有机层采用分液方法进行分离;由流程可知,有机层A中加入“洗氟液”后,分离出含F-溶液,F-浓度减小,平衡CeF3++TBPCeTBP4++F-正向移动,CeF3+转化为CeTBP4+;由流程可知,有机层B中CeTBP4+在酸性条件下与H2O2发生氧化还原反应。
答案:(1)4CeFCO3+O23CeO2+CeF4+4CO2
(2)分液　2CeTBP4++H2O2===2Ce3++O2↑+2H++2TBP
2.【解析】(1)根据题意,“酸浸”时,Pd转化PdCl42-,其离子方程式为3Pd+ClO3-+6H++11Cl-===3PdCl42-+3H2O;
(2)“沉淀”时,[Pd(NH3)4]2+转化为[Pd(NH3)2]Cl2沉淀,其化学方程式为[Pd(NH3)4]Cl2+2HCl===[Pd(NH3)2]Cl2↓+2NH4Cl。
答案:(1)3Pd+ClO3-+6H++11Cl-===3PdCl42-+3H2O
(2)[Pd(NH3)4]Cl2+2HCl===[Pd(NH3)2]Cl2↓+2NH4Cl
考向5

【典例】【解析】(1)滤液2中Mg2+浓度为2.7 g·L-1,即0.112 5 mol·L-1,根据Ksp[(C11H23COO)2Mg]=c(Mg2+)·c2(C11H23COO-),若要加入月桂酸钠后只生成(C11H23COO)3RE,而不产生(C11H23COO)2Mg,则c(C11H23COO-)
1×105,所以能彻底转化。
答案:5.87×10-10　该沉淀转化反应能彻底进行,因为该沉淀转化反应的平衡常数为K=Ksp(PbSO4)Ksp(PbCO3)=2.16×105>1×105,所以能彻底进行
3.【解析】加入Pb2+作用是与MoO42-结合生成PbMoO4沉淀。与MoO42-结合生成PbMoO4沉淀所消耗的Pb2+的物质的量为0.1 mol·L-1×0.1 L=0.01 mol。根据Ksp(PbMoO4)=c(Pb2+)·c(MoO42-)=a,当c(MoO42-)=1×10-5 mol·L-1时,c(Pb2+)=a×105 mol·L-1,混合后溶液总体积为0.2 L,故溶液中的Pb2+的物质的量为0.2 L×a×105 mol·L-1=0.2a×105mol。则总加入的Pb2+的物质的量为(0.01+0.2a×105)mol,由于其体积为100 mL,故其浓度为(0.1+2a×105)mol·L-1。
答案:0.1+2a×105

1.【解析】铬铁矿加入稀硫酸与金属氧化物反应生成硫酸盐,SiO2不与稀硫酸反应而成为滤渣1,铬酸酐(CrO3)常用作氧化剂,将Fe2+氧化为Fe3+,加入氨气调节pH至3.0沉铁为铁铵矾,加入氨气完全沉淀Al3+与Cr3+,利用Al(OH)3的两性,加入NaOH溶液生成NaAlO2成为滤液2,Cr(OH)3沉淀煅烧生成Cr2O3;
(1)“氧化酸浸”前,常将铬铁矿粉碎,目的是增大反应物接触面积,提高反应速率;加入稀硫酸不与SiO2反应而成为滤渣1,则主要成分是SiO2;
(2)已知铬酸酐(CrO3)常用作氧化剂,其作用是将Fe2+氧化为Fe3+;“氧化酸浸”时FeO·Cr2O3与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和硫酸铬,铬酸酐(CrO3)将硫酸亚铁氧化为硫酸铁,则反应的化学方程式是6FeO·Cr2O3+30H2SO4+ 2CrO3===3Fe2(SO4)3+7Cr2(SO4)3+30H2O;
(3)“沉淀”时为了得到Cr(OH)3沉淀,即完全沉淀Cr3+,应调节pH不低于5.9;滤液1的成分主要是(NH4) 2SO4;
(4)“除铝”中加入NaOH溶液与Al(OH)3反应生成NaAlO2和水,反应的离子方程式是Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O;
(5)由表知铬铁矿中FeO质量分数为32.5%,根据
6FeO·Cr2O3+30H2SO4+ 2CrO3===3Fe2(SO4)3+7Cr2(SO4)3+30H2O,可得关系式
6FeO2CrO3
6×722×100
1 000 g×32.5%　m,
解得消耗铬酸酐的质量是m≈150.5 g。
答案:(1)增大反应物接触面积,提高反应速率　SiO2
(2)将Fe2+氧化为Fe3+
6FeO·Cr2O3+30H2SO4+ 2CrO3===3Fe2(SO4)3+7Cr2(SO4)3+30H2O
(3) 5.9　 (NH4) 2SO4
(4)Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O　(5)150.5
2.【解析】本题是一道制备碳酸铅的工业流程题,原料是电解锰渣,首先在酸性条件下用硫化铅还原二氧化锰,之后加入乙酸铵溶解出铅,过滤除杂,在滤渣中加入碳酸氢铵生成碳酸铅。
(1)MnO2、PbS、PbSO4均为固体,写成离子方程式时不能拆开,其中MnO2被还原为二价锰离子,PbS中的S被氧化为硫单质,则离子方程式为MnO2+PbS+4H++SO42-===Mn2++PbSO4+S+2H2O;
(2)Fe2(SO4)3与PbS反应,三价铁离子被还原为亚铁离子,因此含有FeSO4;由MnSO4的溶解度随温度的变化曲线可知,20 ℃之后,随温度升高,溶解度逐渐下降,因此采用蒸发结晶,趁热过滤,洗涤的方法获得MnSO4晶体;
(3)“浸铅”反应能发生是因为醋酸铅比硫酸铅更难电离,故答案为CH3COO-结合Pb2+形成更难电离物质,使PbSO4(s)Pb2+(aq)+SO42-(aq)平衡正向移动;
(4)当溶液中金属离子浓度小于10-5mol ·L-1时,可以认为该离子沉淀完全,则当铅离子完全沉淀时,c(CO32-)=Ksp(PbCO3)c(Pb2+)=7.4×10-1410-5=7.4×10-9 mol·L-1,使钙离子开始沉淀的c(CO32-)=Ksp(CaCO3)c(Ca2+)=2.8×10-90.1=2.8×10-8 mol·L-1,因此溶液中c(CO32-)的范围为7.4×10-9 mol·L-1~2.8×10-8mol·L-1或7.4×10-9mol·L-1