2020届高考化学总复习——第三章 高考热考题型攻关(四)

高考热考题型攻关(四)化学工艺流程—考查金属及其化合物的性质和转化

化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，一般具有如下环节：

→→→→

它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问。考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是新课标全国卷命题的热考题型。

1．(2018·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：

下列叙述错误的是(　　)

A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用

B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li

C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋

D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠

解析：合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用，LiFePO4中含有Li和Fe元素，正极片碱溶所得滤液中含有Al元素，A、B项正确；Fe2＋能被HNO3氧化为Fe3＋，Fe3＋遇到碱液后沉淀，而另一种金属离子(Li＋)遇到Na2CO3后沉淀，C项正确；Li2SO4易溶于水，用Na2SO4代替Na2CO3，不能形成含Li沉淀，D项错误。

答案：D

2．(2018·全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：

相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

回答下列问题：

(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为____________________

_____________________________________________________。

(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是_____________________________________________，

若不通入氧气，其后果是__________________________________

_____________________________________________________。

(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为____________________________________________________

______________________________________________________。

(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为

_____________________________________________________；

沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。

解析：(1)闪锌矿的主要成分是ZnS，所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2。

(2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO，还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，发生一系列化学反应：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、CdO＋H2SO4===CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4===PbSO4＋H2O。其中SiO2和PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下来，所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2.8～6.2，使Fe3＋完全转变为Fe(OH)3沉淀；通入O2的目的是使溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋，有利于除杂，若不通入O2，无法除去溶液中的杂质Fe2＋。

(3)溶液中的Cd2＋与加入的Zn粉反应而被除去，反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。

(4)电解ZnSO4溶液制备单质Zn时，阴极放电的是Zn2＋，电极反应式是Zn2＋＋2e－===Zn，阳极放电的是OH－，电极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。

答案：(1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2

(2)PbSO4　调节溶液的pH　无法除去杂质Fe2＋

(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋

(4)Zn2＋＋2e－===Zn　溶浸

1．认识原料预处理的方法

(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。

 (2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。

2．明确常用的提纯方法

(1)水溶法：除去可溶性杂质。

(2)酸溶法：除去碱性杂质。

(3)碱溶法：除去酸性杂质。

(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。

(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。

(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。

3．把握常用的分离方法

(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。

(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。

(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。

(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。

(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。

(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。

1．某同学在实验室利用氢氧化钠、盐酸分离铁粉和铝粉混合物，转化关系如下图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．x为NaOH溶液，y为盐酸

B．a→b发生的反应为：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓

C．按照本流程，x和y调换后也能达到实验目的

D．b、c既能与强酸又能与强碱反应

解析：根据转化关系，加入试剂x，得到溶液和Fe，利用Al能与NaOH反应，Fe不与NaOH反应，因此试剂x为NaOH，即a的主要成分是NaAlO2，根据转化关系，试剂y应为盐酸，发生AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，然后氢氧化铝受热分解成Al2O3，最后通过电解的方法得到金属Al。根据上述分析，x为NaOH溶液，y为盐酸，故A说法正确；a→b的反应是AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，故B说法正确；如果x和y互换，a为FeCl2和AlCl3，加入NaOH，则得到Fe(OH)2和Al(OH)3，按照流程无法得到金属铝，故C说法错误；b和c分别是Al(OH)3和Al2O3，都属于两性化合物，既能与强酸反应，又能与强碱反应，故D说法正确。

答案：C

2．以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．酸溶过程使用的酸也可以是硝酸，且过量

B．为了防止污染，焙烧过程中产生的SO2要回收利用

C．通入氯气的目的是氧化Fe2＋

D．由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3需要在氯化氢的气流中加热

解析：若用过量硝酸酸溶，会引入NO，A错误；SO2是一种污染气体，必须回收利用，B正确；通入Cl2的目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，C正确；为了防止Fe3＋水解，由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3时需要在HCl的气流中加热，D正确。

答案：A

3．(2019·西安模拟)实验室模拟工业上以铝土矿(含Al2O3、Fe2O3、SiO2)为原料制铵明矾NH4Al(SO4)2晶体的工艺流程如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．固体a的化学式为SiO2

B．固体b的化学式为Fe(OH)3

C．Ⅲ中通入足量CO2发生反应的离子方程式为2AlO＋CO2＋3H2O===CO＋2Al(OH)3↓

D．Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ都要用到的分离方法是过滤

解析：SiO2不溶于盐酸，A正确；红褐色固体b是Fe(OH)3，B正确；Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓，C错误；Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ都要用到的分离方法是过滤，D正确。

答案：C

4．从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下。下列说法正确的是(　　)

A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸

B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同

C．试剂c是氯气，相应的反应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

D．用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2＋

解析：由最终要得到的氯化铁及流程图知b是盐酸，A错误；操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤，操作Ⅲ为蒸发结晶，所用仪器有差异，B错误；滤液Z和X中均含有氯化亚铁，因此c为氯气，C正确；高锰酸钾能氧化氯离子而褪色，因此不能用于检验是否含有亚铁离子，D错误。

答案：C

5．(2018·江苏卷)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：

(1)焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为_________________________________________________

_____________________________________________________。

(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。

已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃

硫去除率＝×100%

①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于__________。

②700 ℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是_____________________________

____________________________________________________。

(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由________________(填化学式)转化为________(填化学式)。

(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝______________________________________。

解析：(1)NaOH吸收过量SO2的离子方程式为SO2＋OH－===HSO。

(2)①由已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃，不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于杂质FeS2。②700 ℃焙烧时，FeS2中的硫元素生成SO2，添加CaO后，SO2会与CaO、O2反应生成CaSO4而留在矿粉中。

(3)用NaOH溶液碱浸后，Al2O3、SiO2溶解，转化为NaAlO2和Na2SiO3，通入过量CO2后，NaAlO2与CO2反应转化为Al(OH)3。

(4)Fe2O3与FeS2在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，发生反应的化学方程式配平为16Fe2O3＋FeS211Fe3O4＋2SO2↑，可得关系式FeS2～16Fe2O3，则理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16。

答案：(1)SO2＋OH－===HSO

(2)①FeS2　②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中

(3)NaAlO2　Al(OH)3　(4)1∶16

6．(2019·烟台模拟)某工厂酸性废液中含有Fe3＋、Al3＋、Fe2＋、SO，以该废液为原料制备Fe2O3的工艺流程如下(部分操作和条件略)：

已知：①NH4HCO3在热水中会分解。

②常温下，溶液中不同金属离子生成氢氧化物沉淀时的pH见下表：

回答下列问题：

(1)写出“还原”步骤中反应的离子方程式：__________________

_____________________________________________________。

(2)试剂X可选用________(任写一种，填化学式)，“滤渣”的主要成分是______________。

(3)加入碳酸氢铵后过滤，发现滤液仍然浑浊，可能的原因是

_______________________________________________________

______________________________________________________，

用90 ℃热水洗涤FeCO3沉淀的目的是____________________

_____________________________________________________。

(4)若在实验室中灼烧FeCO3应在____________(填仪器名称)中进行，“灼烧氧化”发生的化学方程式为____________________

_____________________________________________________。

(5)若工业上灼烧氧化174.0吨FeCO3得到117.6吨产品，则该产品中Fe2O3的纯度为__________(设产品中杂质只有FeO，保留一位小数)。

解析：(1)“还原”是铁粉将Fe3＋转化为Fe2＋，同时与废液中的H＋反应生成H2，反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑和Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。

(2)试剂X用于调节溶液的pH，使Al3＋完全沉淀，选用NH3·H2O，不引入其他杂质，同时生成的碳碳氢铵便于除去；“滤渣”的主要成分是过量的铁粉和生成的Al(OH)3沉淀。

(3)过滤的过程中若把玻璃棒靠在三层滤纸上时不小心把滤纸戳破了，此时过滤出的滤液是混浊的；过滤时滤液液面高于滤纸的边缘时，滤液就会不经过滤纸而直接从滤纸和漏斗之间的空隙中流过，也会导致过滤出的滤液是混浊的；NH4HCO3在热水中会分解，用90 ℃热水洗涤FeCO3沉淀，目的是洗去表面吸附的离子同时促进碳酸氢铵的分解。

(4)实验室中灼烧固体通常在坩埚中进行，灼烧时FeCO3与氧气在高温下发生氧化还原反应，化学方程式为4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2。

(5)假设Fe2O3物质的量为x mol，FeO的物质的量为y mol，那么满足：160x＋72y＝117.6×106、2x＋y＝，解得x＝6×105 mol，所以产物中Fe2O3的质量分数为×100%＝81.6%。

答案：(1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、

Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋

(2)NH3·H2O　Fe和Al(OH)3

(3)滤纸破损(或过滤时滤液超过滤纸上缘等)　洗去表面吸附的离子同时促进碳酸氢铵的分解

(4)坩埚　4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2

(5)81.6%