高考化学热点试题热点23化学工艺流程综合题含解析答案

这是一份高考化学热点试题热点23化学工艺流程综合题含解析答案，共12页。试卷主要包含了层状结构薄膜能用于制作电极材料，氮化镓具有优异的光电性能等内容，欢迎下载使用。


化学工艺流程综合题是高考的重难点题型，试题主要将化工生产过程中的主要生产阶段（即生产流程）用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化学工艺试题。化学工艺流程综合题结构一般包括题头、题干和题尾三部分。
题头：简单介绍以何种物质（主要成分是什么、杂质是什么等）为原料制备哪种物质，以及物质的性质和用途；
题干：工业制备的简化工艺流程图，主要考查工艺流程分析，涉及方程式书写、原因解释、试剂作用分析、溶液组成的判定等考点。
题尾：根据工业生产流程中涉及到的化学知识，命题者精心设计的系列问题。
1．钼()及其化合物广泛地应用于医疗卫生、国防等领域。某镍钼矿中的镍和钼以和形式存在，从镍钼矿中分离钼，并得到的一种工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)位于元素周期表第 周期第 族。中钼元素的化合价为 。
(2)“焙烧”中生成的化学方程式为 。
(3)用量对钼浸出率和浸取液中浓度的影响如图1所示，分析实际生产中选择用量为理论用量1.2倍的原因： 。
(4)的溶解度曲线如图2所示，为充分分离，工艺流程中的“操作”应为_______(填标号)。
A．蒸发结晶B．低温结晶C．蒸馏D．萃取
(5)为充分利用资源，“离子交换萃取”步骤产生的交换溶液应返回“ ”步骤。
(6)分解可得。高温下，用铝粉还原得到金属钼的化学方程式为 。
2．层状结构薄膜能用于制作电极材料。薄膜由辉钼矿(主要含及少量FeO、)制得后再与S经气相反应并沉积得到，其流程如下。
回答下列问题：
(1)“焙烧”产生的用溶液吸收生成的离子方程式为 。
(2)“焙烧”后的固体用氨水“浸取”得到重钼酸铵溶液，为提高“浸取”速率，可采用的措施是 (举一例)。
(3)“灼烧”过程中需回收利用的气体是 (填化学式)。
(4)在650℃下“气相沉积”生成的反应需在特定气流中进行，选用Ar而不选用形成该气流的原因是 。
(5)层状晶体与石墨晶体结构类似，层状的晶体类型为 。将嵌入层状充电后得到的可作电池负极，该负极放电时的电极反应式为 。结合原子结构分析，能嵌入层间可能的原因是 。
3．皓矾()在生活中主要用作材料防腐剂和医疗消毒剂。以闪锌矿(主要成分为ZnS，含有少量等杂质)为主要原料制备皓矾的工艺流程如图(已知：“滤渣1”含有硫等)。
回答下列问题：
(1)“酸浸”前，先要对闪锌矿粉碎处理，其目的是 ；
(2)“酸浸”时，ZnS和反应的离子方程式为 ；
(3)“氧化”时，双氧水实际消耗量远大于理论计算值，除温度因素外，可能的原因是 ；
(4)“滤渣2”为黄钠铁矾沉淀，产生该沉淀的离子方程式方 ；
(5)若“净化”时，将除去和的反应设计成原电池，正极生成的物质是 (填化学式)。
(6)该工艺产生的废液中含有，需要先处理后排放。向废液中加入由和组成的缓冲溶液调节，再通入发生反应：。处理后的废液中部分微粒浓度如下：
则 ，该废水 (填“能”或“不能”)排放。
已知：常温下，，。当时认为废水可以排放。
4．氮化镓(GaN)具有优异的光电性能。一种利用炼锌矿渣[主要含铁酸镓、铁酸锌、]制备GaN的工艺流程如下：

已知：
①Ga与Al同主族，化学性质相似。
②常温下，，，。
③、在该工艺条件下的反萃取率(进入水相中金属离子的百分数)与盐酸浓度的关系见下表。
回答下列问题：
(1)“酸浸”时能提高反应速率的措施有 (答1条即可)，“酸浸”时发生反应的离子方程式为 。“酸溶”所得滤渣的主要成分是(填化学式)。
(2)“酸浸”所得浸出液中、浓度分别为、。常温下，为尽可能多地提取并确保不混入，用CaO“调pH”时须不能大于 (假设调pH时溶液体积不变)。
(3)“脱铁”和“反萃取”时，所用盐酸的浓度a= ，b= (选填上表中盐酸的浓度)。
(4)“沉镓”时，若加入NaOH的量过多，会导致的沉淀率降低，原因是 (用离子方程式表示)。
(5)利用CVD(化学气相沉积)技术，将热分解得到的与在高温下反应可制得GaN，同时生成另一种产物，该反应化学方程式为 。
(6)①GaN的熔点为1700℃，的熔点为77.9℃，推测它们的晶体类型依次为 、 。
②基态Ga原子的价层电子排布图为 。

GaN晶体的一种立方晶胞如图所示。该晶胞边长为anm，GaN的式量为Mr，则该晶体密度为 g/cm3(列出计算式，为阿伏加德罗常数的值)。
5．是一种重要的含锶化合物，广泛应用于许多领域。以天青石(主要成分为)为原料制备的一种工艺方法如下：
天青石主要元素质量分数如下：
。
回答下列问题：
(1)天青石与碳粉在一定投料比下“煅烧”生成和碳氧化物，据矿样成分分析结果计算得出，生成、时失重率分别为、，实际热重分析显示失重率为32.6%，则“煅烧”中主要生成的碳氧化物为 (填“”或“”)。
(2)“煅烧”过程中还可能产生少量对环境有危害的气体，化学式为 和 。
(3)“水浸”后滤渣的主要成分除和C外，还有两种氧化物，化学式为 和 。
(4)“水浸”时需加热，与热水作用后的溶液呈碱性的主要原因为 (用化学方程式表示)
(5)“水浸”后的滤液中，“除杂”过程中(忽略溶液引起的体积变化)，为使不沉淀，应控制溶液中 ，每升滤液中篇加入溶液的体积 。
(6)“沉锶”过程中，可溶性发生反应的离子方程式为 。
微粒
浓度/()
0.2
0.1
0.2
a
盐酸浓度/ml/L
反萃取率/%
2
86.9
9.4
4
69.1
52.1
6
17.5
71.3
元素
质量分数()
36.4
2.0
4.0
0.5
5.0
参考答案：
1．(1) 四 Ⅷ +6
(2)
(3)若高于1.2倍，会导致净化过程消耗过多的硫酸镁，若低于1.2倍，钼浸出率较低
(4)B
(5)浸取
(6)
【分析】镍钼矿（、等）加入碳酸钠并通入空气焙烧，发生反应，，加水后，进入溶液中，加入硫酸镁除去多余的碳酸根，过滤后再通过低温结晶（根据的溶解度随温度变化特点确定），将硫酸钠分离出来，溶液经过离子交换萃取等一系列操作后可得钼酸铵。
【详解】（1）Ni是第28号元素，位于元素周期表第四周期，第Ⅷ族；根据化合物中元素化合价代数和为0，可得钼酸铵中M的化合价为+6价；
（2）与碳酸钠和空气焙烧，反应化学方程式为：
（3）若高于1.2倍，会导致净化过程消耗过多的硫酸镁，若低于1.2倍，钼浸出率较低；
（4）温度较低时，硫酸钠的溶解度远低于钼酸钠，故选用低温结晶；
（5）交换溶液主要含Na+，应返回浸取步骤，可以大大降低废水的排放；
（6）高温下，用铝粉还原得到金属钼和氧化铝，化学方程式为：。
2．(1)
(2)将固体粉碎
(3)NH3
(4)和S在加热条件下发生生成H2S
(5) 混合型晶体 为Li失去一个电子形成，原子半径小
【分析】薄膜由辉钼矿(主要含及少量FeO、)制得后再与S经气相反应并沉积得到，辉钼矿焙烧后使用氨水浸取得到，结晶后灼烧得到，最后与S经气相反应并沉积得到，据此分析解题。
【详解】（1）用溶液吸收，生成，离子方程式为，故答案为。
（2）“焙烧”后的固体用氨水“浸取”得到重钼酸铵溶液，可将固体粉碎，提高“浸取”速率，故答案为将固体粉碎。
（3）为铵盐，“灼烧”过程产生NH3，可回收利用，故答案为NH3。
（4）和S在加热条件下发生生成H2S，所以用Ar而不选用，故答案为和S在加热条件下发生生成H2S。
（5）石墨的晶体类型为混合型晶体，层状晶体与石墨晶体结构类似，所以层状的晶体类型为混合型晶体，将嵌入层状充电后得到的可作电池负极，放电是原电池，失去电子发生氧化反应，电极反应式为，为Li失去一个电子形成，电子排布式为1s2，原子半径小，能嵌入层间，故答案为分子晶体；；为Li失去一个电子形成，原子半径小。
3．(1)提高浸取速率
(2)
(3)等金属离子催化分解
(4)
(5)Cu、Ni
(6) 能
【分析】闪锌矿主要成分为ZnS，含有少量等，闪锌矿加氯化铁、稀硫酸 “酸浸”， ZnS、CuS、NiS被氧化为S，“滤渣1”含有硫、SiO2，滤液中加双氧水把Fe2+氧化为Fe3+，加硫酸钠生成沉淀，滤渣2是，加锌粉置换出Ni、Cu得硫酸锌溶液。
【详解】（1）根据影响反应速率的因素，“酸浸”前，先要对闪锌矿粉碎处理，增大接触面积，提高浸取速率；
（2）“酸浸”时，ZnS被氧化为S，ZnS和反应的离子方程式为；
（3）等金属离子催化分解，所以“氧化”时，双氧水实际消耗量远大于理论计算值；
（4）“滤渣2”为黄钠铁矾沉淀，可知硫酸铁和硫酸钠反应生成沉淀，产生该沉淀的离子方程式方；
（5）若“净化”时，锌将和置换为Ni、Cu，若设计成原电池，正极发生还原反应，正极和得电子生成Ni、Cu，生成的物质是Ni、Cu；
（6），c(H+)=， ，则，,，即a=；所以该废水能排放。
4．(1) 适当加热(或将固体原料粉碎或适当增大硫酸的浓度等)(任答一个)
(2)5.7
(3) 6ml/L 2ml/L
(4)
(5)
(6) 共价晶体 分子晶体 (其他化简形式只要正确都可)
【分析】矿渣中主要含铁酸镓、铁酸锌、，矿渣中加入稀硫酸，不溶于稀硫酸，浸出渣为，加入CaO调节pH，从已知②可知，相对和较大，因此控制pH可使、完全沉淀而不沉淀，滤液中为硫酸锌，再加入稀硫酸酸溶，溶液中含有和，加入萃取剂萃取，然后加入aml/L盐酸进行脱铁，再加入bml/L的盐酸进行反萃取，根据表中数据可知，脱铁时盐酸浓度较高，促使更多地进入水相被除去，盐酸浓度为6ml/L，反萃取中要保证更可能多地进入水相，则此时盐酸浓度为2ml/L，随后加入NaOH沉镓生成，经过热分解生成，最后经过CVD得到GaN。
【详解】（1）适当加热、将固体原料粉碎、适当增大酸的浓度等措施能提高酸溶时反应速率；与稀硫酸反应生成、和，反应的离子方程式为。酸溶前调节pH时加入了CaO，加入稀硫酸钙离子和硫酸根离子反应生成硫酸钙，硫酸钙微溶于水，故酸溶滤渣中为；
（2）酸浸所得浸出液中、浓度分别为0.21g/L和65g/L即0.003ml/L和1ml/L，根据，开始沉淀时，开始沉淀的pH为5.7，根据，开始沉淀时，则开始沉淀的pH为3.17，则调节pH略小于5.7即可；
（3）根据分析可知脱铁时盐酸浓度较高，促使更多地进入水相被除去，盐酸浓度为6ml/L，反萃取中要保证更可能多地进入水相，则此时盐酸浓度为2ml/L；
（4）Ga与Al同主族，化学性质相似，沉镓时加入NaOH过多，则生成的重新溶解生成，离子方程式为；
（5）与高温下反应生成GaN和另一种物质，根据原子守恒，可得另一种物质为，化学方程式为；
（6）①GaN熔点较高为1700℃，熔点较低为77.9℃，则GaN为共价晶体，为分子晶体。
②Ga位于第四周期第ⅢA族，价层电子是，故其价层电子排布图为 ，根据均摊法，该晶胞中N原子个数为4，Ga原子个数为，则晶体的密度为。
5．(1)CO2
(2) CO SO2
(3) Al2O3 SiO2
(4)SrS+2H2OH2S+Sr(OH)2
(5) 2×10-4 23.8
(6)Sr2++2OH-+CO2=SrCO3↓+H2O
【分析】天青石与碳粉混合煅烧生成SrS和碳氧化物，水浸后滤液中加入硫酸，除去钡离子，过滤后滤液中通入二氧化碳，生成碳酸锶。
【详解】（1）生成CO2、CO时失重率分别为30.4%、38.6%，实际热重分析显示失重率为32.6%，说明两者都有，设生成的碳氧化物中CO2含量为x，则CO含量为(1-x)，则有,因此煅烧中主要生成的碳氧化物为CO2；
（2）煅烧过程中还可能生成少量对环境有危害的气体，天青石的主要成分为SrSO4，能生成的有害气体只有SO2，碳粉能生成的有害气体只有CO，其他物质无法生成有害气体，则两种气体的化学式为SO2和CO；
（3）天青石中含有Ba、Ca、Al和Si，Si转化的SiO2和Al转化的Al2O3不能溶于水，所以两种氧化物为Al2O3和SiO2；
（4）SrS溶于水几乎完全水解，使溶液呈碱性，化学方程式为；
（5）根据Ksp(SrSO4)=3.4×10-7可知，SrSO4开始沉淀时，硫酸根离子浓度为，为使Sr2+不沉淀，硫酸根离子浓度需小于5×10-7ml/L，则钡离子浓度需大于，为使Sr2+不沉淀，在1L溶液中总的钡离子物质的量减硫酸消耗的钡离子物质的量，还余下，硫酸根与钡离子满足1:1反应，则1L中硫酸的物质的量为，硫酸浓度为1ml/L，则体积为23.8mL；
（6）沉锶过程中，可溶性Sr(OH)2溶液与二氧化碳反应生成碳酸锶沉淀和水，离子方程式为。