2020版高考化学二轮复习大题突破二化学工艺流程高考真题（含解析）

大题突破二 化学工艺流程

1．(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范围如下表所示：

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ZnS＋O2ZnO＋SO2。

(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。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)ZnS＋O2ZnO＋SO2

(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

2．(2016·全国卷Ⅲ)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为____________________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________。

(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。

(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有____________________。

(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”、“碱”或“中”)。

(5)“流出液”中阳离子最多的是________。

(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式________________________________________。

[解析]　(1)V2O5与H2SO4反应生成VO，反应的离子方程式为V2O5＋2H＋===2VO＋H2O；废钒催化剂中只有SiO2与H2SO4不反应，故“废渣1”的主要成分为SiO2。

(2)3 mol VO2＋变为VO失3 mol电子，根据KO3→K，则需要KClO3 mol，即0.5 mol。

(3)废钒催化剂中含有Fe2O3、Al2O3，则KClO3氧化后的溶液中含有Fe3＋、Al3＋，故“废渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。

(4)由4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－知，洗脱时淋洗液中的c(OH－)应较大，故淋洗液呈碱性。

(5)由于废钒催化剂中K2SO4的含量较高，结合回收工艺路线中KClO3、KOH的加入，故“流出液”中阳离子最多的是K＋。

(6)煅烧NH4VO3生成V2O5、NH3及H2O。

[答案]　(1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2

(2)0.5　(3)Fe(OH)3和Al(OH)3

(4)碱　(5)K＋

(6)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑

[省市卷]

1．(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＝(1－)×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)二氧化硫是酸性氧化物，少量二氧化硫与NaOH溶液反应生成正盐Na2SO3，过量二氧化硫与NaOH溶液反应生成NaHSO3。(2)①根据高硫铝土矿的成分中含FeS2和金属硫酸盐，而已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃，如果不添加CaO在低于500℃焙烧，则去除的硫元素主要来源于FeS2，具体的反应原理为4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。②添加的CaO吸收SO2生成CaSO3，CaSO3易被空气中的氧气氧化为CaSO4。根据题目所给“多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃”，可知700℃时CaSO4可能未分解或未完全分解而留在矿粉中，从而导致添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低。(3)高硫铝土矿中的氧化铝溶于NaOH生成NaAlO2：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O；向NaAlO2溶液中通入过量的二氧化碳，生成氢氧化铝：CO2(过量)＋2H2O＋NaAlO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3。(4)根据得失电子守恒可知FeS2与Fe2O3的物质的量之比为1∶16。

[答案]　(1)OH－＋SO2===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

2．(2018·北京卷)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下：

已知：磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH)，还含有

Ca5(PO4)3F和有机碳等。

溶解度：Ca5(PO4)3(OH)<CaSO4·0.5H2O

(1)上述流程中能加快反应速率的措施有____________。

(2)磷精矿粉酸浸时发生反应：2Ca5(PO4)3(OH)＋3H2O＋10H2SO410CaSO4·0.5H2O＋6H3PO4

①该反应体现出酸性关系：H3PO4________H2SO4(填“>”或“<”)。

②结合元素周期律解释①中结论：P和S电子层数相同，

_____________________________________________________。

(3)酸浸时，磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF，并进一步转化为SiF4除去。写出生成HF的化学方程式：

_____________________________________________________。

(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除，同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间，不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 ℃后脱除率变化的原因： ____________。

(5)脱硫时，CaCO3稍过量，充分反应后仍有SO残留，原因是____________；加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率，其离子方程式是_______________________________________________________

________________________________________________________。

(6)取a g所得精制磷酸，加适量水稀释，以百里香酚酞作指示剂，用b mol·L－1 NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4，消耗NaOH溶液c mL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是________。(已知：H3PO4摩尔质量为98 g·mol－1)

[解析]　(1)流程中能加快反应速率的措施有将磷精矿研磨，酸浸时进行加热。(2)①该反应符合复分解反应中“强酸制弱酸”的规律。②比较硫酸与磷酸的酸性强弱，可以比较S与P的非金属性强弱。结合元素周期律可以比较S、P的原子半径、核电荷数。(3)根据元素守恒可写出反应的化学方程式。(4)有机碳的脱除率受两个因素的共同影响：一方面，温度越高，反应速率越快，在相同投料比、相同反应时间内，有机碳的脱除率越高；另一方面，温度升高可使较多的H2O2分解，氧化剂的量减少，使得有机碳的脱除率降低。80℃后，H2O2分解对有机碳脱除率的影响超过了温度升高的影响，导致脱除率逐渐降低。(5)脱硫是用CaCO3除去剩余的硫酸，由于生成的硫酸钙是微溶物，所以即使CaCO3过量，充分反应后仍有SO残留。加入BaCO3可使CaSO4转化为更难溶的BaSO4，进一步提高硫的脱除率。

(6)　H3PO4　＋　2NaOH===Na2HPO4＋2H2O

98 g       2 mol

m(H3PO4)    10－3bc mol

m(H3PO4)＝4.9×10－2bc g，则精制磷酸中H3PO4的质量分数为×100%＝。

[答案]　(1)研磨、加热

(2)①＜　②核电荷数P＜S，原子半径P＞S，得电子能力P＜S，非金属性P＜S

(3)2Ca5(PO4)3F＋10H2SO4＋5H2O10CaSO4·0.5H2O＋6H3PO4＋2HF

(4)80 ℃后，H2O2分解速率大，浓度显著降低

(5)CaSO4微溶　BaCO3＋SO＋2H3PO4===BaSO4＋CO2↑＋H2O＋2H2PO

(6)