专题六　大题突破(二)　化工流程题的综合分析 2024年高考化学二轮复习课件+讲义

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1.(2023·全国甲卷，26)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用右列路线可制备粉状BaTiO3。回答下列问题：(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_______________________。
做还原剂，将BaSO4还原
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为____________________。
S2－＋Ca2＋===CaS↓
(3)“酸化”步骤应选用的酸是______(填标号)。a.稀硫酸 b.浓硫酸c.盐酸 d.磷酸
由流程和题中信息可知，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中含碳粉和CaS，滤液中有BaCl2
和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2晶体，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4将钡离子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2经热分解得到BaTiO3。
浸取后滤液中主要为BaCl2和BaS，为不引入杂质，“酸化”步骤应选用盐酸。
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？__________，其原因是_______________________________________________________________。(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为___________________
CaS也会与盐酸反应生成有毒气体和可溶于水的CaCl2，影响产品纯度
BaCl2＋TiCl4＋
_________________________________________________。
2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的nCO2∶nCO＝______。
“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2 BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，产生的nCO2∶nCO＝1∶1。
2.(2023·新课标卷，27)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如图所示：
(1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为__________(填化学式)。(2)水浸渣中主要有SiO2和_______。(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是_________。
(4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果，若pH<9时，会导致_______________________________________________；pH>9时，会导致______________________________________________。
Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀，不利于形成MgSiO3沉淀
(6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为_____________________________________________。
化工流程题主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。工艺流程题设问的地方有：反应速率与平衡理论的运用，氧化还原反应的判断、化学方程式的书写，利用控制pH分离除杂，利用溶解度分离，常用的分离方法、实验操作，流程中的物质转化和循环，绿色化学评价，电化学，计算产量、产率、产品纯度等。这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力，且这类试题陌生度高，文字量大，包含信息多，思维能力要求高，近年来已成为高考化学主观题中的必考题型。
(一)2023真题回访1.(2023·广东，18)Ni、C均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2＋、C2＋、Al3＋、Mg2＋)中，利用氨浸工艺可提取Ni、C，并获得高附加值化工产品。工艺流程如右：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2＋、C2＋、C3＋与NH3形成可溶于水的配离子：lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7；C(OH)2易被空气氧化为C(OH)3；部分氢氧化物的Ksp如下表。
回答下列问题：(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为____________________________。
(2)常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，c(NH3·H2O)______c( )(填“>”“<”或“＝”)。
常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，
(3)“氨浸”时，由C(OH)3转化为[C(NH3)6]2＋的离子方程式为_______________________________________________________________________________________________________________________________________。
13H2O＋4OH－或2C(OH)3＋
(4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。①NH4Al(OH)2CO3属于_______(填“晶体”或“非晶体”)。
X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰，则NH4Al(OH)2CO3属于晶体。
②(NH4)2CO3提高了Ni、C的浸取速率，其原因是____________________________________________________________________。
状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积
根据题意(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物，则(NH4)2CO3能提高Ni、C的浸取速率，其原因是减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积。
(5)①“析晶”过程中通入的酸性气体A为______。
“析晶”过程中为了防止Ni2＋水解，因此通入的酸性气体A为HCl。
②由CCl2可制备AlxCOy晶体，其立方晶胞如图。Al与O最小间距大于C与O最小间距，x、y为整数，则C在晶胞中的位置为______；晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为_____。
x、y为整数，根据图中信息C、Al都只有一个原子，而氧(白色)原子有3个，Al与O最小间距大于C与O最小间距，则Al在顶点，因此C在晶胞中的位置为体心；以顶点Al分析，面心的氧原子一个横截面有4个，三个横截面共12个，因此晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为12。
(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值，理论上最高为_____________。
“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则晶体A为Mg(NO3)2·6H2O，根据Mg(NO3)2＋2H2O Mg(OH)2＋2HNO3，Mg(OH)2 MgO＋H2O，还剩余5个水分子，因此所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值理论上最高为2∶5。
②“热解”对于从矿石提取Ni、C工艺的意义，在于可重复利用HNO3和_______(填化学式)。
2.[2023·湖北，16(1)(2)(3)]SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCO2进行氯化处理以回收Li、C等金属，工艺路线如下：
回答下列问题：(1)C位于元素周期表第____周期，第____族。
由流程和题中信息可知，LiCO2粗品与SiCl4在500 ℃焙烧时生成氧气和烧渣，烧渣是LiCl、CCl2和SiO2的混合物；烧渣经水浸、过滤后得滤液1和滤饼1，滤饼1的主要成分是SiO2和H2SiO3；滤液1用氢氧化钠溶液沉钴，过滤后得滤饼2[主要成分为C(OH)2]和滤液2(主要溶质为LiCl)；
滤饼2置于空气中在850 ℃煅烧得到C3O4；滤液2经碳酸钠溶液沉锂，得到滤液3和滤饼3，滤饼3为Li2CO3。C是27号元素，位于元素周期表第四周期第Ⅷ族。
(2)烧渣是LiCl、CCl2和SiO2的混合物，“500 ℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，用化学方程式表示其原因____________________________。
SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl
SiCl4遇水剧烈水解，化学方程式为SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl。
(3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是__________。
常用焰色试验鉴别Li2CO3和Na2CO3。
3.[2023·湖南，17(2)(3)(4)(5)(6)]超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一，近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果，工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如右：
已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8 ℃；②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；③相关物质的沸点：
回答下列问题：(2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45 ℃的原因是______________，阴极的电极反应式为__________________________________。
(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式：____________________________________________________________。
8CH3I＋2Et2O
＋Ga2Mg5===2CH3MgI＋ 3MgI2＋
2Ga(CH3)3(Et2O)
“残渣”含CH3MgI，经纯水处理，能产生可燃性气体CH4。
(4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是_____。
(5)下列说法错误的是______。A.流程中Et2O得到了循环利用B.流程中，“合成Ga2Mg5”至 “工序X”需在无水无氧的 条件下进行C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3D.用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
由已知②③，结合流程图可知，溶剂蒸发、配体交换时Et2O得以循环利用，A项正确；高纯Ga能与H2O、O2反应，CH3I、Ga(CH3)3能与水反应，有机物能与O2反应，故B项正确；
配体交换时NR3和Ga(CH3)3(Et2O)反应得到Ga(CH3)3(NR3)和Et2O，则工序X为解配Ga(CH3)3(NR3)，并利用Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大蒸出Ga(CH3)3，C项正确；
Ga(CH3)3和CH3I中均只有1种氢原子，核磁共振氢谱均只有一组吸收峰，但吸收强度不同，可以鉴别，D项错误。
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是__________________________________________________________________________________________。
Et2O的沸点接近，而Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大，解配后可以分离出Ga(CH3)3
直接分解Ga(CH3)3(Et2O)时由于Et2O的沸点较低，与Ga(CH3)3一起蒸出，不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是根据题给相关物质沸点可知，NR3沸点远高于Ga(CH3)3，与Ga(CH3)3易分离。
4.(2023·辽宁，16)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液含(Ni2＋、C2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，实现镍、钴、镁元素的回收。
回答下列问题：(1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为__________________________________________(答出一条即可)。
时搅拌或适当升高温度)
(2)“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，1 ml H2SO5中过氧键的数目为______。
H2SO5的结构式为 ，所以1 ml H2SO5中过氧键的数目为NA。
(3)“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为______________________________________(H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为MnO2、_______________(填化学式)。
Fe(OH)3、CaSO4
氢氧化铁的Ksp＝10－37.4，当铁离子完全沉淀时，溶液中c(Fe3＋)＝10－5 ml·L－1，Ksp＝c3(OH－)×c(Fe3＋)＝c3(OH－)×10－5＝10－37.4，c(OH－)＝10－10.8 ml·L－1，pH＝3.2，此时溶液的pH＝4，则铁离子完全水解，生成氢氧化铁沉淀，Ca2＋与 结合生成CaSO4沉淀。
(4)“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为_________时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是_____________________________。
SO2具有还原性，能还原H2SO5
(5)“沉钴镍”中得到的C(Ⅱ)在空气中可被氧化成CO(OH)，该反应的化学方程式为_________________________________。
4C(OH)2＋O2===4CO(OH)＋2H2O
(6)“沉镁”中为使Mg2＋沉淀完全(25 ℃)，需控制pH不低于_______(精确至0.1)。
氢氧化镁的Ksp＝10－10.8, 当镁离子完全沉淀时，c(Mg2＋)＝10－5 ml·L－1，可求得c(OH－)＝10－2.9 ml·L－1，则c(H＋)＝10－11.1 ml·L－1，所以溶液的pH＝11.1。
5.(2023·山东，17)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、 和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如右：已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。
回答下列问题：(1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O H＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10 ml·L－1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2－
水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为___________________________________________，该溶液pH＝______。
[B4O5(OH)4]2－＋5H2O 2B(OH)3＋2[B(OH)4]－
(2)滤渣Ⅰ的主要成分是_________________(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中Li＋的浓度为2.0 ml·L－1，则常温下精制Ⅱ过程中 浓度应控制在__________ ml·L－1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加______________(填化学式)的用量。
Mg(OH)2、CaSO4
精制Ⅰ后溶液中Li＋的浓度为2.0 ml·L－1，由Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2可知，
(3)精制Ⅱ的目的是_______________________________________________________________________________________________；进行操作X时应选择的试剂是______，若不进行该操作
所得滤液中的Ca2＋转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋)，提高Li2CO3纯度
而直接浓缩，将导致_______________________________________________________________________________________________________。
缩结晶得到的NaCl中会混有Li2CO3，最终所得Li2CO3的产率减小
精制Ⅰ中，加入CaO，由于CaSO4微溶于水，精制Ⅰ所得滤液中还含有一定浓度的Ca2＋，还需要除去Ca2＋，因此，精制Ⅱ的目的是加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的
Ca2＋转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋)，提高Li2CO3纯度。操作X是为了除去剩余的碳酸根离子，防止引入杂质离子，应选择的试剂是盐酸。
(二)模拟预测6.(2022·湖北高中名校联盟学年高三第三次联合测评)锑白(Sb2O3，两性氧化物)可用作白色颜料和阻燃剂。一种从含锑工业废渣(主要成分是Sb2O3、Sb2O5，含有
CuO、Fe2O3和SiO2等杂质)中制取Sb2O3的工业流程如图所示。已知：①“滤液1”的主要阳离子是Sb3＋、Sb5＋、Fe3＋、Cu2＋、H＋；②“滤饼”的成分是SbOCl。
回答下列问题：(1)将“滤渣1”进行二次酸浸的目的是________________。(2)“滤渣2”的成分是________。
(3)“稀释水解”主要反应的离子方程式为_________________________________；该操作中需要搅拌的原因是_____________________________。
Sb3＋＋Cl－＋H2O===SbOCl↓
避免形成胶体，不利于过滤分离
含锑工业废渣加入稀盐酸酸浸，二氧化硅不反应得到滤渣1，滤液1中含有Sb3＋、Sb5＋、Fe3＋、Cu2＋、H＋；滤液1加入过量铁粉，Sb5＋、Fe3＋分别转化为Sb3＋、Fe2＋，铜离子转化为铜单质，过滤得到滤液2，加水稀释水解生成SbOCl，酸洗后加入氨水反应，SbOCl转化为Sb2O3。
已知稀释水解后得到滤饼的成分是SbOCl，故反应的离子方程式为Sb3＋＋Cl－＋H2O===SbOCl↓＋2H＋；该过程中搅拌可以防止水解生成胶体，不利于过滤分离。
(4)“酸洗”后检验沉淀是否洗净的试剂是______________。
(5)“中和”时反应的化学方程式为______________________________________________；“中和”需控制溶液的pH在7～8，碱性不能过强的原因是_______________________________。
2NH3·H2O＋2SbOCl===Sb2O3＋
碱性过强会造成Sb2O3的溶解损失
“中和”时加入氨水，和SbOCl反应生成Sb2O3，根据质量守恒可知，还会生成氯化铵、水，反应的化学方程式为2NH3·H2O＋2SbOCl===Sb2O3＋2NH4Cl＋H2O；Sb2O3是两性氧化物，能和强碱反应，故“中和”时碱性不能过强。
7.(2023·安徽省安庆市示范高中高三联考)电解锰渣中含有很多重金属[主要含有MnSO4、PbSO4、CaSO4、Fe2(SO4)3、MnO2、SiO2]会造成环境污染。电解锰渣的资源化利用既能解决污染问题又能取得较好的经济效益。下面是某课题组研究的工艺流程：
(1)“还原酸浸”时氧化产物是S，MnO2被还原的离子方程式为___________________________________________________。(2)操作X的名称是______。
Mn2＋＋PbSO4＋S＋2H2O
(3)“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_______________________________________________。
更易水解生成OH－，从而易生成Pb2(OH)2CO3
(NH4)2CO3中碳酸根离子水解能力较强，溶液中氢氧根离子浓度较大，故生成Pb2(OH)2CO3原因是 更易水解生成OH－，从而易生成Pb2(OH)2CO3。
(4)调pH所加的试剂Y，可选择________(填字母)。a.CaO d.Al2O3e.氨水
加入试剂Y调节pH时，不能引入新的杂质，该工艺流程制备的是硫酸锰，并且在随后的流程中除去了钙离子，在该步骤中除去了铁，故可以选择的试剂为abc。
(5)写出“除钙”时发生反应的离子方程式：________________________________________；若“除钙”后溶液中c(Mn2＋)＝0.53 ml·L－1，则应控制溶液中c(F－ )的范围为__________________________________
MnF2(s)＋Ca2＋(aq)
Mn2＋(aq)＋CaF2(s)
×10－3 ml·L－1(当溶液中金属离子浓度小于10－5 ml·L－1，可以认为该离子沉淀完全。已知：MnF2的Ksp＝5.3×10－3；CaF2的Ksp＝1.5×10－10， ≈3.87)。
根据流程可知，加入MnF2和溶液中钙离子反应生成CaF2，离子方程式为MnF2(s)＋Ca2＋(aq) Mn2＋(aq)＋CaF2(s)，当该离子沉淀完全时，此时c(F－ )＝
故其范围为3.87×10－3 ml·L－1(6)硫酸锰晶体的溶解度曲线如图，则“系列操作”为_________________________、_________、洗涤、干燥。
8.(2023·山东潍坊高三模拟)硼化钛(结构式为B==Ti==B)常用于制备导电陶瓷材料和PTC材料。工业上以高钛渣(主要成分为TiO2、SiO2、Al2O3和CaO，另有少量MgO、Fe2O3)为原料制取TiB2的流程如下：已知：①电弧炉是由石墨电极和石墨坩埚组成的高温加热装置；②B2O3高温下蒸气压大、易挥发；③TiO2可溶于热的浓硫酸形成TiO2＋。回答下列问题：(1)“滤渣”的主要成分为_______(填化学式)。
(2)“水解”需在沸水中进行，离子方程式为__________________________________________，该工艺中，经处理可循环利用的物质为________(填化学式)。
TiO2·xH2O↓＋2H＋
(3)“热还原”中发生反应的化学方程式为__________________________________，B2O3的实际用量超过了理论化学计量所要求的用量，原因是________________________________________________。仅增大配料中B2O3的用量，产品中的杂质含量变化如图所示。杂质TiC含量随w%增大而降低的原因是________________________________(用化学方程式解释)。
B2O3高温下蒸气压大、易挥发，只有部分参加了反应
(4)原料中的B2O3可由硼酸脱水制得。以NaB(OH)4为原料，用电渗析法制备硼酸(H3BO3)的工作原理如图所示，产品室中发生反应的离子方程式为______________________________。若反应前后NaOH溶液的质量变化为m kg，则制得H3BO3的质量为______ kg。
H＋＋[B(OH)4]－===H3BO3＋H2O
有稀硫酸的一极为阳极，1膜为阳离子交换膜，氢离子通过1膜进入产品室，2膜为阴离子交换膜，原料室中的[B(OH)4]－通过2膜进入产品室，产品室中发生反应的离子方程式为H＋＋[B(OH)4]－===H3BO3＋H2O。
右侧的石墨电极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入右侧阴极室，由电荷守恒可知，当阴极上通过1 ml电子时，NaOH溶液的质量变化为23 g－1 g＝22 g，此时制得H3BO3的物质的量为1 ml，质量为62 g，若反应前后NaOH溶液的质量变化为m kg，则制得H3BO3的质量