2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（十四） 无机化学工艺流程解题策略（含答案）

课时跟踪检测（十四） 无机化学工艺流程解题策略

1．(2021·全国乙卷)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：

回答下列问题：

(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式： _____________________________。

(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是_________________________________________________。

(3)“母液①”中Mg2＋浓度为________mol·L－1。

(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是__________。“酸溶渣”的成分是__________、__________。

(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是

________________________________________________________________________。

(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。

2．氧化铬(Cr2O3)主要用于冶炼金属铬、用作有机化学合成的催化剂等。工业上以铬铁矿[主要成分：Fe(CrO2)2(亚铬酸亚铁)，还含有Al2O3等杂质]为主要原料生产Cr2O3，其主要工艺流程如图甲：

(1)“高温氧化”过程中Fe(CrO2)2转化为Na2CrO4的化学方程式为

___________________________________________________________。

(2)“操作1”是将固体冷却、研磨，再加水浸取，其中研磨的目的是____________

____________________________________________________________。

(3)为获得纯净Cr(OH)3，需判断Cr(OH)3是否洗涤干净。该操作是__________________

______________________________________________________。

(4)现用FeS模拟工业上处理含铬废水[c(Na2CrO4)＝2.00×10－2mol·L－1]，处理后所得滤渣主要成分为FeOOH、Cr(OH)3、FeS(已知：S元素被氧化为可溶性硫酸盐)。

①1 L的“废水”可氧化FeS______________mol。

②将滤渣用蒸馏水洗净后，在低温条件下干燥，将干燥后的固体在空气中加热，测得固体质量随温度的变化如图乙所示。

说明：780 ℃以上的残留固体为Fe2O3、Cr2O3的混合物。

A→B固体质量增加的原因是__________________________________________

________________________________________________________________________。

3．某化学兴趣小组通过查阅文献，设计了从某厂阳极泥(成分为Cu、Ag2Se、Au、Pt)中回收贵重金属的工艺，其流程如图所示。

回答下列问题：

(1)“焙烧”时，除了生成SeO2，还生成__________(用化学式表示)。

(2)“酸浸氧化”中通入氧气的目的是①氧化可能存在的Cu、SeO2；②________________________。

(3)“酸溶”时Pt、Au分别转化为[PtCl6]2－和[AuCl4]－，写出Au溶解的离子方程式： ________________________________________________________________________。

(4)电解NH4[Au(SO3)2]溶液回收Au的阴极反应式为________________________。

4．铁黄是一种重要的化工产品。由生产钛白粉废渣(主要成分是FeSO4·H2O，含少量TiOSO4和不溶物杂质)制备铁黄的过程如下：

已知：①TiOSO4易水解，生成难溶于水的TiO2·xH2O；

②25 ℃时，若Fe2＋或Fe3＋浓度均为0.1 mol·L－1，对应的氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：

(1)纯化时加入过量铁粉的目的是_______________________________________

________________________________________________________________________。

(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。实验时，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溶液pH变化，如图所示。

①产生白色沉淀的离子方程式是___________________________________________。

②0～t1时段，溶液pH几乎不变；t1～t2时段，溶液pH明显降低。请解释原因： ________________________________________________________________________。

③pH≈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。结合离子方程式解释原因：

________________________________________________________________________。

(3)产品纯度测定

铁黄纯度可以通过产品的耗酸量确定。

资料：Fe3＋＋3C2O===Fe(C2O4)，Fe(C2O4)不与稀碱反应。若Na2C2O4过量，会使测定结果______(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

5．(2023·潍坊模拟)铼(Re)是熔点和沸点较高的金属单质之一，用于制造高效能喷射引擎和火箭引擎。从辉钼矿氧化焙烧后的烟道灰(主要成分有Re2O7、ReS2、ReO3、PbO、MoO3、CuO、Fe3O4)中提取铼粉的流程如图所示。

已知：

Ⅰ.Re2O7易溶于水，高铼酸钾(KReO4)在水中的溶解度随温度变化较大；

Ⅱ.RCl阴离子交换树脂，对铼具有良好的选择性，在酸性体系中能够有效地吸附铼。

回答下列问题：

(1)“氧化浸出”过程，ReS2、ReO3被氧化为ReO，ReO3被氧化的离子方程式是________________________________________________________________________。

(2)“水解中和”过程，加NH4HCO3调溶液pH至6左右，过滤后得到滤渣1中除钼的化合物还有________________________________________________________(写化学式)。

(3)“硫化沉淀”过程，先加入硫化铵，与溶液中的MoO反应生成MoS，再加入H2SO4调pH使MoS转化为更难溶的MoS3，则生成沉淀的离子方程式是________________________________________________________________________。

(4)“解吸”后的离子交换树脂用____________________________ (填化学式)溶液再生处理后可循环使用。

(5)“提纯”所用的方法是__________(填操作名称)，“氢还原”过程是在管式电炉中，800 ℃时通入氢气，反应的化学方程式是__________________________________

________________________________________________________________________。

课时跟踪检测（十四） 无机化学工艺流程解题策略

1．(2021·全国乙卷)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：

回答下列问题：

(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式： _____________________________。

(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是_________________________________________________。

(3)“母液①”中Mg2＋浓度为________mol·L－1。

(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是__________。“酸溶渣”的成分是__________、__________。

(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是

________________________________________________________________________。

(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。

解析：(1)“焙烧”中，Al2O3和(NH4)2SO4反应生成NH4Al(SO4)2，同时放出NH3，反应的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)由题表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋完全沉淀时的pH分别为3.2、4.7、11.1可知，用氨水逐步调节pH至11.6的过程中，依次析出的金属离子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。(3)依据Mg2＋完全沉淀时的pH＝11.1，可知此时c(OH－)＝10－2.9 mol·L－1，此时c(Mg2＋)＝10－5 mol·L－1，则Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝10－10.8，用氨水逐步调节pH至11.6时，c(OH－)＝10－2.4mol·L－1，则c(Mg2＋)＝＝10－6 mol·L－1。(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，为了尽可能减少酸溶液的挥发而造成不必要的损失且保证TiO2可以完全溶解，故最好选择硫酸；SiO2不溶于硫酸，“焙烧”生成CaSO4固体，故“酸溶”后所得“酸溶渣”的成分为SiO2、CaSO4。(5)由题意知，TiO2＋水解生成TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)母液①的主要成分为硫酸铵和氨水，母液②的主要成分为硫酸，混合后吸收尾气NH3，经处理可得到(NH4)2SO4，循环利用。

答案：(1)Al2O3＋4(NH4)2SO4高温,2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑　(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋　(3)1.0×10－6　(4)硫酸　SiO2　CaSO4

(5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋　(6)(NH4)2SO4

2．氧化铬(Cr2O3)主要用于冶炼金属铬、用作有机化学合成的催化剂等。工业上以铬铁矿[主要成分：Fe(CrO2)2(亚铬酸亚铁)，还含有Al2O3等杂质]为主要原料生产Cr2O3，其主要工艺流程如图甲：

(1)“高温氧化”过程中Fe(CrO2)2转化为Na2CrO4的化学方程式为

___________________________________________________________。

(2)“操作1”是将固体冷却、研磨，再加水浸取，其中研磨的目的是____________

____________________________________________________________。

(3)为获得纯净Cr(OH)3，需判断Cr(OH)3是否洗涤干净。该操作是__________________

______________________________________________________。

(4)现用FeS模拟工业上处理含铬废水[c(Na2CrO4)＝2.00×10－2mol·L－1]，处理后所得滤渣主要成分为FeOOH、Cr(OH)3、FeS(已知：S元素被氧化为可溶性硫酸盐)。

①1 L的“废水”可氧化FeS______________mol。

②将滤渣用蒸馏水洗净后，在低温条件下干燥，将干燥后的固体在空气中加热，测得固体质量随温度的变化如图乙所示。

说明：780 ℃以上的残留固体为Fe2O3、Cr2O3的混合物。

A→B固体质量增加的原因是__________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：化工流程如下：

(4)①Cr元素化合价由＋6价降低为＋3价，消耗1 mol Na2CrO4转移3 mol电子，1 L“废水”中含有Na2CrO4的物质的量是2.00×10－2mol·L－1×1 L＝2.00×10－2mol，则转移电子的物质的量为2.00×10－2 mol×3＝6.00×10－2mol；FeS中Fe元素化合价由＋2价升高为＋3价、S元素化合价由－2价升高为＋6价，消耗1 mol FeS转移9 mol电子，根据得失电子守恒，1 L“废水”可氧化FeS的物质的量为≈6.67×10－3mol。②分析固体的成分可知，A→B固体质量增加的原因是FeS转化成硫酸盐。

答案：(1)4Fe(CrO2)2＋7O2＋8Na2CO32Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2　(2)加快水浸速率，提高铬元素的浸出率　(3)取最后一次洗涤液于试管中，加入BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则Cr(OH)3洗涤干净　(4)①6.67×10－3　②FeS转化成硫酸盐

3．某化学兴趣小组通过查阅文献，设计了从某厂阳极泥(成分为Cu、Ag2Se、Au、Pt)中回收贵重金属的工艺，其流程如图所示。

回答下列问题：

(1)“焙烧”时，除了生成SeO2，还生成__________(用化学式表示)。

(2)“酸浸氧化”中通入氧气的目的是①氧化可能存在的Cu、SeO2；②________________________。

(3)“酸溶”时Pt、Au分别转化为[PtCl6]2－和[AuCl4]－，写出Au溶解的离子方程式： ________________________________________________________________________。

(4)电解NH4[Au(SO3)2]溶液回收Au的阴极反应式为________________________。

解析：焙烧：Ag2Se被氧化为SeO2和Ag2O，Cu被氧化为CuO，烧渣为Ag2O、CuO、金和铂；

酸浸氧化：加稀硝酸，通入O2，滤液为硝酸铜和硝酸银，滤渣为金和铂；

酸溶：加入盐酸，通氯气，得到[PtCl6]2－和[AuCl4]－；

萃取分液：加入磷酸三丁酯，水层含[AuCl4]－，有机层含[PtCl6]2－；

转化：加入亚硫酸铵和氢氧化钾，最终转化为NH4[Au(SO3)2]。

答案：(1)Ag2O、CuO

(2)防止硝酸产生的NO排放到空气中污染空气

(3)2Au＋3Cl2＋2Cl－===2[AuCl4]－

(4)[Au(SO3)2]－＋3e－===Au＋2SO

4．铁黄是一种重要的化工产品。由生产钛白粉废渣(主要成分是FeSO4·H2O，含少量TiOSO4和不溶物杂质)制备铁黄的过程如下：

已知：①TiOSO4易水解，生成难溶于水的TiO2·xH2O；

②25 ℃时，若Fe2＋或Fe3＋浓度均为0.1 mol·L－1，对应的氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：

(1)纯化时加入过量铁粉的目的是_______________________________________

________________________________________________________________________。

(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。实验时，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溶液pH变化，如图所示。

①产生白色沉淀的离子方程式是___________________________________________。

②0～t1时段，溶液pH几乎不变；t1～t2时段，溶液pH明显降低。请解释原因： ________________________________________________________________________。

③pH≈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。结合离子方程式解释原因：

________________________________________________________________________。

(3)产品纯度测定

铁黄纯度可以通过产品的耗酸量确定。

资料：Fe3＋＋3C2O===Fe(C2O4)，Fe(C2O4)不与稀碱反应。若Na2C2O4过量，会使测定结果______(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

解析：(1)纯化的目的是除去TiOSO4和不溶性杂质，得到精制FeSO4溶液。利用TiOSO4易水解的特点，将其转化为TiO2·xH2O沉淀，发生反应：TiOSO4＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋H2SO4，加入铁粉，可以与硫酸反应，促进TiOSO4水解正向进行，得到TiO2·xH2O沉淀，同时还可以防止Fe2＋被氧化。

(2)①向FeSO4溶液中加氨水产生Fe(OH)2白色沉淀，书写离子方程式时注意NH3·H2O是弱碱，不能拆成离子形式。②滴加氨水至pH为6.0时，通入空气，发生反应4Fe(OH)2＋O2===4FeOOH＋2H2O，此时pH几乎不变。继续通氧气，溶液中未沉淀的Fe2＋被空气中的氧气氧化为Fe3＋，Fe3＋水解生成FeOOH沉淀，发生反应：4Fe2＋＋6H2O＋O2===4FeOOH↓＋8H＋，c(H＋)增大，pH减小。③pH＝4时，继续通空气，c(Fe2＋)降低，c(Fe3＋)增加说明Fe2＋被氧化，c(Fe2＋)降低量大于c(Fe3＋)的增加量，说明Fe2＋被氧化除生成Fe3＋外，还应有FeOOH生成，pH几乎不变，说明H＋浓度几乎不变，即转化为Fe3＋的Fe2＋是转化为FeOOH的Fe2＋的2倍。

(3)若Na2C2O4过量，过量的草酸钠会与硫酸标准溶液反应生成草酸，草酸也能与NaOH标准溶液反应，所以草酸钠过量对测定结果没有影响。

答案：(1)与硫酸反应，使得TiOSO4＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋H2SO4平衡正向移动，沉钛；防止＋2价铁被氧化

(2)①Fe2＋＋2NH3·H2O===Fe(OH)2↓＋2NH　②pH为6.0左右，发生4Fe(OH)2＋O2===4FeOOH＋2H2O，因此pH几乎不变，之后发生4Fe2＋＋6H2O＋O2===4FeOOH↓＋8H＋，溶液中H＋浓度增大，pH减小　③溶液中同时存在两个氧化还原反应：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O和4Fe2＋＋6H2O＋O2===4FeOOH↓＋8H＋，因此c(Fe2＋)的降低量大于c(Fe3＋)的增加量(或用叠加反应12Fe2＋＋2H2O＋3O2===4FeOOH↓＋8Fe3＋解释)　(3)无影响

5．(2023·潍坊模拟)铼(Re)是熔点和沸点较高的金属单质之一，用于制造高效能喷射引擎和火箭引擎。从辉钼矿氧化焙烧后的烟道灰(主要成分有Re2O7、ReS2、ReO3、PbO、MoO3、CuO、Fe3O4)中提取铼粉的流程如图所示。

已知：

Ⅰ.Re2O7易溶于水，高铼酸钾(KReO4)在水中的溶解度随温度变化较大；

Ⅱ.RCl阴离子交换树脂，对铼具有良好的选择性，在酸性体系中能够有效地吸附铼。

回答下列问题：

(1)“氧化浸出”过程，ReS2、ReO3被氧化为ReO，ReO3被氧化的离子方程式是________________________________________________________________________。

(2)“水解中和”过程，加NH4HCO3调溶液pH至6左右，过滤后得到滤渣1中除钼的化合物还有________________________________________________________(写化学式)。

(3)“硫化沉淀”过程，先加入硫化铵，与溶液中的MoO反应生成MoS，再加入H2SO4调pH使MoS转化为更难溶的MoS3，则生成沉淀的离子方程式是________________________________________________________________________。

(4)“解吸”后的离子交换树脂用____________________________ (填化学式)溶液再生处理后可循环使用。

(5)“提纯”所用的方法是__________(填操作名称)，“氢还原”过程是在管式电炉中，800 ℃时通入氢气，反应的化学方程式是__________________________________

________________________________________________________________________。

解析：烟道灰中加入硫酸、过氧化氢氧化浸出，过滤后加入碳酸氢铵水解中和，此时溶液的pH约为6，滤渣中除含有钼的化合物还会生成Fe(OH)3、Cu(OH)2沉淀，滤液中加入硫化铵、硫酸，得到CuS和MoS3沉淀，过滤后向滤液中加入RCl吸附铼，之后加入HClO4解吸得到HReO4溶液，浓缩后加入钾盐，得到KReO4沉淀，提纯后还原得到Re。

(2)烟道灰中还含有CuO、Fe3O4，氧化浸出后溶液中含有Cu2＋、Fe3＋，所以调溶液pH至6左右，滤渣1中还有Fe(OH)3、Cu(OH)2。

(4)RCl为阴离子交换树脂，所以离子交换时Cl－与ReO进行交换，所得溶液中有RReO4，用HClO4解吸后生成HReO4和RClO4，所以加入HCl溶液再生处理后阴离子交换树脂可循环使用。

(5)高铼酸钾在水中的溶解度随温度变化较大，所以可以重结晶进行提纯；根据题意可知800 ℃时KReO4会被氢气还原为Re，根据得失电子守恒、元素守恒可得化学方程式为2KReO4＋7H22Re＋6H2O＋2KOH。

答案：(1)2ReO3＋H2O2===2ReO＋2H＋

(2)Fe(OH)3、Cu(OH)2

(3)MoS＋2H＋===MoS3↓＋H2S↑

(4)HCl

(5)重结晶2KReO4＋7H22Re＋6H2O＋2KOH