统考版2024版高考化学一轮复习微专题小练习专练22化学工艺流程

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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．[2022·北京卷]白云石的主要化学成分为CaMg（CO3）2，还含有质量分数约为2.1%的Fe2O3和1.0%的SiO2。利用白云石制备高纯度的碳酸钙和氧化镁，流程示意图如下。
已知：
（1）白云石矿样煅烧完全分解的化学方程式为
________________________________________________________________________。
（2）NH4Cl用量对碳酸钙产品的影响如下表所示。
备注：ⅰ.MO浸出率＝（浸出的MO质量/煅烧得到的MO质量）×100%（M代表Ca或Mg）。
ⅱ.CaCO3纯度计算值为滤液A中钙、镁全部以碳酸盐形式沉淀时计算出的产品中CaCO3纯度。
①解释“浸钙”过程中主要浸出CaO的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②沉钙反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③“浸钙”过程不适宜选用n（NH4Cl）∶n（CaO）的比例为 。
④产品中CaCO3纯度的实测值高于计算值的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）“浸镁”过程中，取固体B与一定浓度的（NH4）2SO4溶液混合，充分反应后MgO的浸出率低于60%。加热蒸馏，MgO的浸出率随馏出液体积增大而增大，最终可达98.9%。从化学平衡的角度解释浸出率增大的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）滤渣C中含有的物质是 。
（5）该流程中可循环利用的物质是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．[2022·山东卷]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，工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）酸解时有HF产生。氢氟酸与SiO2反应生成二元强酸H2SiF6，离子方程式为 。
（2）部分盐的溶度积常数见下表。精制Ⅰ中，按物质的量之比n（Na2CO3）∶n（SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) ）＝1∶1加入Na2CO3脱氟，充分反应后，c（Na＋）＝ ml·L－1；再分批加入一定量的BaCO3，首先转化为沉淀的离子是 。
（3）SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 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 ，回收利用洗涤液X的操作单元是 ；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
图甲
图乙
4．[2022·河北卷]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 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH4)) Fe（CN）6颜料。工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）红渣的主要成分为 （填化学式），滤渣①的主要成分为 （填化学式）。
（2）黄铁矿研细的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）还原工序中，不生成S单质的反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）工序①的名称为________________________________________________________________________，
所得母液循环使用。
（5）沉铁工序产生的白色沉淀Fe eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH4)) 2Fe（CN）6中Fe的化合价为 ，氧化工序发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（6）若用还原工序得到的滤液制备Fe2O3·xH2O和（NH4）2SO4，所加试剂为 和 （填化学式，不引入杂质）。
专练22 化学工艺流程
1．(1)PbSO4(s)＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) (aq)===PbCO3(s)＋SOeq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4))(aq) 存在沉淀溶解平衡PbSO4(s)⇌Pb2＋(aq)＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(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\up1(2－),\s\d1(3)) (aq)⇌BaCO3(s)＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(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\up1(2－),\s\d1(3)) (aq)===PbCO3(s)＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) (aq)；存在沉淀溶解平衡PbSO4(s)⇌Pb2＋(aq)＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(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\up1(2－),\s\d1(3)) (aq)⇌BaCO3(s)＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(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)CaMg(CO3)2 eq \(=====,\s\up7(煅烧)) CaO＋MgO＋2CO2↑
(2)①Ksp[Ca(OH)2]≫Ksp[Mg(OH)2]，在一定量NH4Cl溶液中，CaO先浸出 ②Ca2＋＋2NH3＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ③2.4∶1 ④Ksp(CaCO3)(3)MgO＋H2O===Mg(OH)2，Mg(OH)2＋2NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ⇌Mg2＋＋2NH3＋2H2O，随大量氨逸出，平衡正向移动
(4)Fe2O3、SiO2、CaSO4、Mg(OH)2(MgO)
(5)NH4Cl、(NH4)2SO4、CO2、NH3
解析：
(1)白云石煅烧时，CaMg(CO3)2高温分解生成CaO、MgO和CO2。(2)②沉钙时通入二氧化碳，发生反应Ca2＋＋2NH3＋H2O＋CO2===CaCO3↓＋2NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 。③由表可知，氯化铵和氧化钙的物质的量之比为2.4∶1时，氧化镁的浸出率较高，且产品中碳酸钙的纯度较低，所以不宜选用的物质的量之比为2.4∶1。(3)“浸镁”的原理为MgO＋H2O===Mg(OH)2，Mg(OH)2＋2NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ⇌Mg2＋＋2NH3＋2H2O，加热蒸馏可使大量氨逸出，平衡正向移动，因此浸出率增大。(5)由上述分析可知，煅烧时产生的CO2、浸钙和浸镁时产生的NH3、沉钙时产生的NH4Cl、沉镁时产生的(NH4)2SO4都可以循环利用。
3．(1)6HF＋SiO2===2H＋＋SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) ＋2H2O
(2)2.0×10－2 SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) (3)CaSO4·0.5H2O 减少CaSO4的溶解损失，提高产品石膏的产率 酸解 D
解析：氟磷灰石用硫酸溶解后过滤，得到粗磷酸和滤渣，滤渣经洗涤后结晶转化为石膏；粗磷酸以精制Ⅰ脱氟、除硫酸根离子和SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) ，过滤，滤液经精制Ⅱ等一系列操作得到磷酸。(1)氢氟酸与SiO2反应生成二元强酸H2SiF6，该反应的离子方程式为6HF＋SiO2===2H＋＋SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) ＋2H2O。(2)精制Ⅰ中，按物质的量之比n(Na2CO3)∶n(SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) )＝1∶1加入Na2CO3脱氟，该反应的化学方程式为H2SiF6＋Na2CO3===Na2SiF6↓＋CO2↑＋H2O，充分反应后得到沉淀Na2SiF6，溶液中有饱和的Na2SiF6，且c(Na＋)＝2c(SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) )，根据Na2SiF6的溶度积可知Ksp＝c2(Na＋)·c(SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) )＝4c3(SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) )，c(SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) )＝ eq \r(3,\f(4.0×10－6,4)) ＝1.0×10－2ml·L－1，因此c(Na＋)＝2c(SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) )＝2.0×10－2 ml·L－1；同时，粗磷酸中还有硫酸钙的饱和溶液，c(Ca2＋)＝c(SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )＝ eq \r(9.0×10－4) ＝3.0×10－2ml·L－1；分批加入一定量的BaCO3，当BaSiF6沉淀开始生成时，c(Ba2＋)＝ eq \f(1.0×10－6,1.0×10－2) ＝1.0×10－4 ml·L－1，当BaSO4沉淀开始生成时，c(Ba2＋)＝ eq \f(1.0×10－10,3.0×10－2) ≈3.3×10－9ml·L－1，因此，首先转化为沉淀的离子是SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，然后才是SiF eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) 。(3)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；洗涤液X中含有硫酸，其具有回收利用的价值，由于酸解时使用的也是硫酸，因此，回收利用洗涤液X的操作单元是：酸解。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，位于65 ℃线上方的晶体全部以CaSO4·0.5H2O形式存在，位于80 ℃线下方，晶体全部以CaSO4·2H2O形式存在，在两线之间的以两种晶体的混合物形式存在：P2O5%＝15、SO3%＝15，由图乙信息可知，该点坐标位于两个温度线(65 ℃、80℃)之间，故不能实现晶体的完全转化，A不符合题意；P2O5%＝10、SO3%＝20，由图乙信息可知，该点坐标位于两个温度线(65 ℃、80 ℃)之间，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。
4．(1)Fe2O3、SiO2 SiO2
(2)增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高黄铁矿的利用率
(3)7Fe2(SO4)3＋FeS2＋8H2O===15FeSO4＋8H2SO4
(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤
(5)＋2 6Fe(NH4)2Fe(CN)6＋ClO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋ eq \(=====,\s\up7(△)) 6Fe(NH4)Fe(CN)6＋Cl－＋3H2O＋6NH3↑
(6)O2 NH3·H2O
解析：以熔烧黄铁矿产生的红渣为原料制备铵铁蓝颜料的工艺流程
(1)黄铁矿含FeS2、石英(主要成分为SiO2)，焙烧时FeS2发生反应：4FeS2＋11O2 eq \(=====,\s\up7(焙烧)) 2Fe2O3＋8SO2，石英不反应，因此红渣的主要成分为Fe2O3、SiO2。“酸浸”时Fe2O3和硫酸反应生成Fe2(SO4)3和水，SiO2与硫酸不反应，因此滤渣①的主要成分为SiO2。(3)还原工序中，FeS2与Fe2(SO4)3溶液反应，若不生成S单质，则FeS2中硫元素被氧化为SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，Fe2(SO4)3被还原为FeSO4，FeS2→2SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 失14e－、Fe2(SO4)3→2FeSO4得2e－，根据得失电子守恒，FeS2、Fe2(SO4)3的化学计量数分别为1、7，再根据原子守恒配平化学方程式即可。(4)由流程图知，通过工序①获得了FeSO4晶体，则工序①为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，所得母液为硫酸，可以返回“酸浸”循环利用。(5)根据离子式NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 、CN－及化合物中正负化合价代数和为0，可知该物质中Fe的化合价为＋2。氧化工序中NaClO3在酸性条件下将Fe(NH4)2Fe(CN)6氧化为Fe(NH4)Fe(CN)6，NaClO3被还原为NaCl，Fe(NH4)2Fe(CN)6→Fe(NH4)Fe(CN)6失e－，ClO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) →Cl－得6e－，根据得失电子守恒，Fe(NH4)2Fe(CN)6、ClO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 的化学计量数分别为6、1，再根据电荷守恒和原子守恒配平离子方程式即可。(6)“还原”工序得到的滤液为FeSO4和H2SO4的混合溶液，用其制备Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4的过程中铁元素被氧化，为了不引入杂质，结合元素守恒知，所加试剂为O2(或H2O2)和NH3·H2O(或NH3)。
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
物质
Ca（OH）2
Mg（OH）2
CaCO3
MgCO3
Ksp
5.5×10－6
5.6×10－12
3.4×10－9
6.8×10－6
n（NH4Cl）
/n（CaO）
氧化物（MO）
浸出率/%
产品中CaCO3
纯度/%
产品中Mg杂质含量/%（以MgCO3计）
CaO
MgO
计算值
实测值
2.1∶1
98.4
1.1
99.1
99.7
－
2.2∶1
98.8
1.5
98.7
99.5
0.06
2.4∶1
99.1
6.0
95.2
97.6
2.20
BaSiF6
Na2SiF6
CaSO4
BaSO4
Ksp
1.0×10－6
4.0×10－6
9.0×10－4
1.0×10－10