2025版高考热点题型与考点专练化学二题型3无机化工生产流程题试题（Word版附答案）

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考向1 原料预处理
【真题研磨】
典例 (1)(2023·辽宁选择考节选)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。
用硫酸浸取镍钴矿时,提高浸取速率的方法为 适当增大硫酸浓度(或适当升高温度、将镍钴矿粉碎等) (答出一条即可)。
(2)(2024·新课标卷节选)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含C、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下:
“酸浸”前废渣需粉碎处理,目的是 增大固液接触面积,加快酸浸速率,提高浸取效率 。
(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,工艺流程如图:
为提高焙烧效率,可采取的措施为 ab 。
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
【失分警示】 (1)不能正确认识“浸取速率”的含义,从而在第(1)问中错答;
(2)考虑问题不全面,只考虑粉碎能增大接触面积,忽略对浸取效率的影响;
(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。
【考场技法】
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。
【多维演练】
1.★★V有“工业味精”之称。工业上提取钒的工艺有多种,一种从钒页岩(一种主要含Si、Fe、Al、V元素的矿石)中提取V的工艺流程如下:
“焙烧”时可添加适量“盐对”NaCl—Na2SO4与钒页岩形成混合物,这样做的目的是 生成易溶的钠盐,提高钒的浸取率 。
2.★★从某废旧电池正极材料[主要含钴酸锂(TiCO2)及少量炭黑、有机黏合剂、铝、铁、锰等]制备Li2CO3、CC2O4·2H2O的工艺流程如图:
“高温煅烧”的目的是 除去炭黑、有机黏合剂 。
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 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 。
4.★★废钒催化剂的回收、提取和再利用具有显著的经济效益和环保效益。从某种废钒催化剂(含SiO2、VOSO4、V2O3、Fe2O3、Al2O3、有机物等)中回收制备V2O5的工艺流程如图:
(1)工业生产中的钒催化剂一般以疏松多孔的硅藻土为载体,该做法的优点是 增大催化剂与反应物的接触面积,加快反应速率 。
(2)在空气中“焙烧”废钒催化剂的目的是 AB (填选项字母)。
A.改变废钒催化剂的结构,便于后续“酸浸”
B.除去废钒催化剂中的有机杂质
C.使废钒催化剂中的杂质氧化,便于除去
考向2 化工生产中反应条件的控制
【真题研磨】
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,工艺流程如图:
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 CaSO4·0.5H2O (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 减少CaSO4的溶解损失,提高产品石膏的产率 ;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 AD (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)(2024北京选择考节选)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有SiO2等杂质)生产纯铜,流程示意图如下。
①(NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是 (NH4)2SO4 2NH3↑+SO3↑+H2O 。
②矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合,取相同质量,在不同温度下焙烧相同时间,测得:ⅰ.“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图;ⅱ.400 ℃和500 ℃时,固体B中所含铜、铁的主要物质如表。
(i)温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,铜浸出率显著增大的原因是 温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,(NH4)2SO4分解产生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故铜浸出率显著增加 。
(ii)温度高于425 ℃,根据焙烧时可能发生的反应,解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是 温度高于425 ℃,随焙烧温度升高发生反应:4CuFeS2+17O2+2CuSO4 6CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3,CuFeS2和CuSO4转化成难溶于水的CuO,铜浸出率降低 。
(3)(2023·新课标全国卷节选)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:
已知:最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O72-存在,在碱性介质中以CrO42-存在。
①“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pH9时,会导致 溶液的碱性增强,Mg2+和NH4+转化为Mg(OH)2沉淀和NH3·H2O,并且“分离钒”步骤中稀硫酸用量增多 。
②“分离钒”步骤中,将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀,V2O5在pHKsp(CaCO3),微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙 。
(2)(2024·河北选择考·16)V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料,也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺,具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。
已知:i石煤是一种含V2O3的矿物,杂质为大量Al2O3和少量CaO等;苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
ii高温下,苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐;室温下,偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均难溶于水。在弱碱性环境下,偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为 HCO3-+OH-+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2VO3- 。
(3)(2024·黑、吉、辽选择考节选)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐,某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、FeAsS包裹),以提高金的浸出率并冶炼金,工艺流程如下:
①“细菌氧化”中,FeS2发生反应的离子方程式为
4FeS2+15O2+2H2O 4Fe3++8SO42-+4H+ 。
②滤液②经H2SO4酸化,[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为 Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4===ZnSO4+4HCN+Na2SO4 。用碱中和HCN可生成 NaCN (填溶质化学式)溶液,从而实现循环利用。
【审答思维】 题干划线部分关键信息解读
【失分警示】 (1)不能正确理解沉淀的转化。
(2)不能正确运用氧化还原反应的知识判断出反应物和生成物。
(3)不能理解题干中的隐藏条件,如:弱碱性环境中代表存在OH-等。
【考场技法】
陌生情境中氧化还原型方程式的书写步骤
步骤1:阅读题给文字信息或流程图中信息,确定氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物及溶液酸碱性问题。
步骤2:按“氧化剂+还原剂→还原产物+氧化产物”写出方程式,根据得失电子守恒配平上述四项物质。
步骤3:根据题给溶液性质,依据原子守恒和电荷守恒确定用酸、碱和水配平方程式。
步骤4:检查所写陌生方程式是否正确。
【多维演练】
1.★★MO3是生产含钼催化剂的重要原料,能溶于氨水和强碱。以钼精矿(主要成分是MS2,还含有CuS、CaCO3、SiO2、FeS2等杂质)为原料制备MO3的工艺流程如图所示:
已知:①“焙烧”时CaCO3和SiO2发生反应;M元素转化为MO3、Fe2(MO4)3、CuMO4;
②“氨浸”时,Cu元素以[Cu(NH3)4]2+的形式进入滤液1中,而Fe元素进入滤渣1中;
③Ksp(CuS)=6.0×10-36。
回答下列问题:
(1)写出“除杂”时反应的离子方程式: [Cu(NH3)4]2++4H2O+S2-===
CuS↓+4NH3·H2O 。
(2)写出四钼酸铵[(NH4)2M4O13]发生“焙解”的化学方程式: (NH4)2M4O13 2NH3↑+4MO3+H2O 。
(3)工业上还可以在碱性环境下用NaClO溶液和MS2反应制备钼酸盐,同时生成副产品硫酸盐,写出该反应的离子方程式: MS2+9ClO-+6OH-===
MO42-+2SO42-+9Cl-+3H2O 。
2.★★★钛酸钡(BaTiO3)是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一,被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。用高钛渣(主要成分为TiO2,含Fe2O3、MgO、Al2O3、MgO2等杂质)为原料制备BaTiO3的工艺流程如图所示:
已知:MnO42-在溶液中呈绿色;TiOSO4是强电解质;
回答下列问题:
(1)“水洗”过程中Na2TiO3与水发生离子交换反应:Na2TiO3+(1+y-x)H2O===
xNa2O·TiO2·yH2O↓+(2-2x)NaOH,滤液2呈绿色,经除杂处理后可在 碱浸 (填单元操作名称)步骤循环利用;“熔盐反应”过程中MnO2发生反应的离子方程式为 2MnO2+O2+4OH-===2MnO42-+2H2O 。
(2)“共沉淀”过程发生反应:H2[TiO(C2O4)2]+BaCl2+4H2O===BaTiO(C2O4)2
·4H2O↓+2HCl,“灼烧”时隔绝空气,发生反应的化学方程式为
BaTiO(C2O4)2·4H2O BaTiO3+2CO2↑+2CO↑+4H2O 。
考向5 水溶液中离子平衡的计算
【真题研磨】
典例 (1)(2024·新课标卷节选)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含C、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下:
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5 ml·L-1)时的pH:
“除钴液”中主要的盐有 ZnSO4、K2SO4 (写化学式),残留的C3+浓度为
10-16.7 ml·L-1。
(2)(2023·辽宁选择考节选)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。
已知:
①“氧化”中,用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,滤渣的成分为MnO2、 CaSO4、Fe(OH)3 (填化学式)。
②“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制pH不低于 11.1 (精确至0.1)。
(3)(2023·山东等级考节选)盐湖卤水(主要含Na+、Mg2+、Li+、Cl-、SO42-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的工艺流程如下:
已知:常温下,Ksp(Li2CO3)=2.2×10-2。
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[B4O5(OH)4]2-+5H2O2B(OH)3+2[B(OH)4]- ,该溶液pH= 9.24 。
②滤渣Ⅰ的主要成分是 Mg(OH)2、CaSO4 (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CO32-浓度应控制在5.5×10-3 ml·L-1以下。
【审答思维】 题干划线部分关键信息解读
【失分警示】 (1)不能正确使用Ksp进行计算,从而在第(1)(2)(3)问中错误计算;
(2)不能正确分析工艺流程,从而在第(2)(3)中错误判断物质。
【考场技法】
水溶液中离子平衡的计算
1.计算的依据——四大常数
(1)类型
(2)相关规律
①平衡常数都只与温度有关,温度不变,平衡常数不变。
②Q与K的关系——二者表达式相同
若QK,平衡逆向移动。
③Ka(或Kb)、Kh、KW三者的关系式:
2.溶度积计算的几种类型
【多维演练】
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 ml·L-1),则滤液中c(F-)需大于 1.2×10-2 ml·L-1 ;若溶液的pH偏低,将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是 pH偏低形成HF,导致溶液中F-浓度减小,CaF2沉淀不完全 [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 Fe2++HCO3-+NH3·H2O===
FeCO3↓+NH4++ H2O 。
2.★★★以水钴矿(C2O3·H2O,含Fe2O3、MgO、CaO)和辉铜矿(Cu2S,含SiO2、Fe2O3)为原料制取胆矾和单质钴。
已知:常温下,Ksp(MgF2)=6.25×10-9,Ksp(CaSO4)=7.1×10-7,Ksp(CCO3)=2.4×10-7;
常温下,若“滤液2”中c(Mg2+)=0.015 ml·L-1(忽略溶液中极少量的Ca2+),除去
2 L“滤液2”中的Mg2+,至少需加入NaF固体的质量为 4.62 g(忽略溶液体积的变化,计算结果精确到小数点后两位)。
3.★★★废钼催化剂中钼、钴、镍等有色金属作为二次资源可加以回收利用,一种从废钼催化剂(主要成分为MO3、MS2,含少量CO、CS、NiO、Fe2O3等)中回收有色金属的一种工艺流程如图所示:
已知:Ksp(NiC2O4)=4.5×10-7;
“除铁”后所得滤液中c(Ni2+)=0.8 ml·L-1,“沉镍”后所得滤液中c(C2O42-)=1.0×
10-5 ml·L-1,则沉镍率= 94.4% [沉镍率=因沉淀减少的c(Ni2+)初始c(Ni2+)×100%,计算过程中不考虑溶液体积变化,保留三位有效数字]。
1.★★★电解精炼铜的阳极泥主要成分为Cu2Se、Ag2Se、FeS、Cu2S,工业生产从其中提取银和硒的流程如图所示:
已知:①Cu2Se、Ag2Se、Cu2S难溶于稀硫酸。
②常温下,S2O32-易与Ag+形成配离子: Ag++2S2O32-[Ag(S2O3)2]3-,K1=3.0×1013。
回答下列问题:
(1)阳极泥中Cu元素的化合价是 +1 ,如果将阳极泥用足量稀硫酸酸浸,浸取液所含阳离子为 Fe2+、H+ (填化学式)。
(2)在室温条件下,加入稀硫酸和H2O2“分铜”,有较多的O2产生,其原因可能是
在Fe3+、Cu2+催化作用下,加速了H2O2的分解 ,“分铜”时,加入氯化钠的主要目的是 形成AgCl沉淀,便于后续分银 。
(3)经测定烟气的主要成分为SO2、SeO2,“分硒”时发生反应的离子方程式为 2SO2+SeO2+2H2O===2SO42-+Se↓+4H+ 。
(4)“分银”时发生的反应为AgCl+2S2O32-[Ag(S2O3)2]3-+Cl-,该反应的平衡常数K2= 6.0×103 [已知Ksp(AgCl)=2.0×10-10]。
(5)“还原”时,S2O32-没有参与氧化还原过程,“滤液2”中主要含有Na2SO3。调节溶液酸碱性时所加试剂X是 碱 (填“酸”或“碱”)溶液;若制得1 ml Ag,理论上消耗Na2S2O4 0.5 ml。
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
MnO2+PbS+4H++SO42-===Mn2++PbSO4+S+2H2O 。
(2)“浸出液”含有的盐类主要有MnSO4和少量的CaSO4、 FeSO4,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 蒸发结晶,趁热过滤,洗涤干燥 。
(3)“浸铅”反应PbSO4+2CH3COO-Pb(CH3COO)2+SO42-能发生的原因是 CH3COO-结合Pb2+形成难电离物质,使PbSO4(s)Pb2+(aq)+SO42-(aq)平衡正向移动 。
(4)若“浸铅”后所得溶液中c(Pb2+)=c(Ca2+)=0.1 ml·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 7.4×10-9~2.8×10-8 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)
(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 CO32-更易水解生成OH-,从而易生成Pb2(OH)2CO3 。
(6)“沉铅”的主要副产物除CH3COONH4外,还有 (NH4)2SO4 。
3.★★★过硼酸钠是一种用途广泛的无机过氧化物,可用作织物的漂白、染色,医药上可作为消毒剂和杀菌剂。一种由硼镁矿(Mg2B2O5·H2O)制取过硼酸钠(NaBO3·4H2O)的工艺流程图如图1所示。
已知:①B(OH)3H4B2O5HBO2H2B4O7,若pH>10时,以BO2-形式存在;若pHKsp,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 ml·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 ml·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
金属离子
Fe3+
Fe2+
Ca2+
Mn2+
开始沉淀pH
1.9
7.0
11.9
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
13.9
10.1