2020版高考化学二轮复习专题强化训练17化学工艺流程（含解析）

专题强化训练(十七)

能力练(20分钟)

1．(2019·南昌NCS项目第二次模拟测试)氧化锌主要用作催化剂、脱硫剂、发光剂和橡胶添加剂。一种以锌焙砂(含ZnO、ZnSiO3和少量As2O3、CuO、PbO杂质，其中As与N同主族)为原料制备氧化锌的流程如图1所示：

请回答下列问题：

(1)循环使用的物质有________、________和________(填化学式)。

(2)“浸出”时，锌以[Zn(NH3)4]2＋进入滤液。

①浸出率与温度的关系如图2所示，请解释温度超过55℃后浸出率显著下降的原因：________________________________________。

②浸出率与n(NH3)∶n[(NH4)2SO4]的关系如图3所示，6∶4之后浸出率下降，说明________(填编号)的浸出主要依赖硫酸铵浓度的大小。

A．ZnO和ZnSiO3　　B．ZnO　　C．ZnSiO3

(3)“除砷”过程中生成Fe3(AsO4)2沉淀，其中铁元素的化合价是________；沉淀剂为FeSO4·H2O、(NH4)2S2O8，添加(NH4)2S2O8的目的是____________________________________________________

______________________________________________________。

(4)“除重金属”和“深度除重金属”除去的重金属是________(填名称)。

(5)“蒸氨”的产物主要是ZnSO4和NH3，写出所发生反应的化学方程式_______________________________________________。

[解析]　(1)根据“主线主产品，分支副产品，回头为循环”知，该工艺流程中可循环使用的物质有NH3·H2O或NH3、(NH4)2SO4、CO2。(2)①“浸出”时，温度过高，氨气挥发而使溶液浓度下降，因此浸出率下降。②ZnO既可以用NH3·H2O浸出，又可以用(NH4)2SO4浸出，生成[Zn(NH3)4]2＋，n(NH3)∶n[(NH4)2SO4]＝6∶4之后，(NH4)2SO4的浓度下降，浸出率下降，说明ZnSiO3的浸出主要依赖硫酸铵浓度的大小。(3)Fe3(AsO4)2中阴离子为AsO，故铁元素的化合价为＋2。锌焙砂所含杂质As2O3中砷元素的化合价为＋3，除砷过程中生成Fe3(AsO4)2沉淀，砷元素的化合价升高，被氧化，故添加(NH4)2S2O8的目的是把＋3价砷氧化成AsO以便除去砷元素。(4)根据锌焙砂所含杂质，“除重金属”和“深度除重金属”除去的重金属是铜和铅。(5)“蒸氨”时Zn(NH3)4SO4发生分解反应：Zn(NH3)4SO4ZnSO4＋4NH3↑。

[答案]　(1)NH3·H2O或NH3　(NH4)2SO4　CO2

(2)①温度升高，氨气挥发，溶液浓度下降，浸出率下降　②C

(3)＋2　把＋3价砷氧化成AsO以便除去砷元素

(4)铜和铅　(5)Zn(NH3)4SO4ZnSO4＋4NH3↑

2．(2019·长沙四校二模)一种从冶铅废渣中提取铅的工艺流程如图所示：

已知：醋酸铅易溶于水，难电离。火法炼铅是将方铅矿(主要成分为PbS)在空气中焙烧，生成PbO和SO2。

回答下列问题：

(1)用方铅矿火法炼铅的反应的化学方程式为_______________

________________________________________________________。

(2)火法炼铅的废气中含SO2，可将废气通入过量氨水中进行处理，反应的离子方程式为____________________________________

________________________________________________________。

(3)冶铅废渣用硫酸洗涤后，生成的PbSO4表面常含有铜单质，为了溶解铜单质，常需要同时加入一定量的H2O2溶液，写出溶解铜单质发生反应的离子方程式____________________________；为加快此反应的速率，下列方法合理的是________(填标号)。

A．搅拌　　　B．适当加热　　　C．减压

(4)将饱和Na2CO3溶液加入滤渣1中发生的反应为CO(aq)＋PbSO4(s)PbCO3(s)＋SO(aq)，以PbCO3和焦炭为原料在高温条件下可制备金属铅，用化学方程式表示制备过程____________。

(5)工业上常用等体积的饱和NaHCO3溶液代替饱和Na2CO3溶液，将一定量的PbSO4转化为PbCO3。PbSO4与NaHCO3或Na2CO3的物质的量之比不同时，PbSO4的转化率如表所示。

依据表中数据，物质的量之比相同时，Ⅱ中PbSO4的转化率比Ⅰ中的略大，原因是__________________________________________

__________________________________________________________。

[解析]　(1)由火法炼铅是将方铅矿在空气中焙烧，生成PbO和SO2，可知发生反应的化学方程式为2PbS＋3O22PbO＋2SO2。(2)SO2与过量的氨水反应生成亚硫酸铵，反应的离子方程式为2NH3·H2O＋SO2===2NH＋SO＋H2O。(3)酸性条件下铜被H2O2氧化为Cu2＋，反应的离子方程式是Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O；搅拌能加快反应速率，适当升高温度可使反应速率加快，该反应没有气体参与，减压对反应速率无影响，故选AB。(4)以PbCO3和焦炭为原料制备Pb的反应的化学方程式为PbCO3PbO＋CO2↑、2PbO＋C2Pb＋CO2↑(或PbO＋CPb＋CO↑)。(5)物质的量之比相同时，Na2CO3溶液中c(CO)比NaHCO3溶液中的大，故Ⅱ中PbSO4的转化率比Ⅰ中的略大。

[答案]　(1)2PbS＋3O22PbO＋2SO2

(2)2NH3·H2O＋SO2===2NH＋SO＋H2O

(3)Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O　AB

(4)PbCO3PbO＋CO2↑、2PbO＋C2Pb＋CO2↑(或PbO＋CPb＋CO↑)

(5)物质的量之比相同时，Na2CO3溶液中c(CO)比NaHCO3溶液中的大

3．(2019·济南模拟)工业上，从精制黑钨矿(FeWO4、MnWO4)中提取金属钨的一种流程如图所示，该流程同时获取副产物Fe2O3和MnCl2。

已知：Ⅰ.过程①～④中，钨的化合价均不变；

Ⅱ.常温下钨酸难溶于水；

Ⅲ.25℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－38、

Ksp[Mn(OH)2]＝4.0×10－14。

回答下列问题：

(1)上述流程中的“滤渣1”除MnO2外还有________，“气体”除水蒸气、HCl外还有________(均填化学式)。

(2)过程①中MnWO4参与反应的化学方程式为____________________________________；FeWO4参与的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。

(3)已知：WO3(s)＋3H2(g)===W(s)＋3H2O(g)　ΔH＝a kJ·mol－1

WO3(s)===WO3(g)　ΔH＝b kJ·mol－1

写出WO3(g)与H2(g)反应生成W(s)的热化学方程式：

______________________________________________________。

(4)过程⑦在25℃时调pH，至少应调至________(当离子浓度等于1.0×10－5 mol·L－1时，可认为其已沉淀完全)。

(5)过程⑧要获得MnCl2固体，在加热时必须同时采取的一项措施是_____________________________________________________。

(6)钠钨青铜是一类特殊的非化学计量比化合物，其通式为NaxWO3，其中0<x<1，这类化合物具有特殊的物理化学性质，是一种低温超导体。应用惰性电极电解熔融的Na2WO4和WO3混合物可以制备钠钨青铜，写出WO在阴极上放电的电极反应式：_______________________________________________________。

[解析]　(1)分析整个流程图可知，精制黑钨矿经过程①、②处理后，其中的Fe、Mn转入滤渣，而W转入滤液。碱性条件下，Fe2O3稳定，故滤渣1中还应有Fe2O3。滤渣1中的MnO2与浓盐酸在加热条件下生成Cl2，故气体中还含一定量的Cl2。(2)由“过程①～④中，钨的化合价均不变”及滤渣1中含MnO2可知，过程①中O2为氧化剂，同时生成了Na2WO4和CO2，故过程①中MnWO4参与反应的化学方程式为：2MnWO4＋O2＋2Na2CO32Na2WO4＋2CO2＋2MnO2。过程①中，FeWO4中的＋2价Fe被氧化为＋3价Fe,1 mol FeWO4反应失去1 mol电子，氧化剂为O2,1 mol O2反应得到4 mol电子，根据得失电子守恒可知，FeWO4参与的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶4。(3)根据盖斯定律，由第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得：WO3(g)＋3H2(g)===W(s)＋3H2O(g)　ΔH＝(a－b) kJ·mol－1。(4)过程⑦的目的是使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀而不使Mn2＋沉淀，当Fe3＋沉淀完全时c(OH－)＝＝1.0×10－11 mol·L－1，此时若使Mn2＋沉淀，则所需c(Mn2＋)＝＝4×108 mol·L－1，不存在此浓度的含Mn2＋溶液，即此时Mn2＋不会生成沉淀，故至少应调至pH＝3。(5)MnCl2在水溶液中水解生成Mn(OH)2和HCl，加热会促进MnCl2水解，故要获得MnCl2固体，需在HCl氛围中加热，以抑制其水解。(6)由题意可知WO在阴极上放电的产物为WO，对比WO、WO的元素组成，结合物质为熔融状态，可知另外一种生成物为O2－，故电极反应式为WO＋xe－===WO＋O2－。

[答案]　(1)Fe2O3　Cl2

(2)2MnWO4＋O2＋2Na2CO32Na2WO4＋2MnO2＋2CO2　1∶4

(3)WO3(g)＋3H2(g)===W(s)＋3H2O(g)　ΔH＝(a－b) kJ·mol－1

(4)3.0　(5)通入HCl气体，在HCl气氛中加热

(6)WO＋xe－===WO＋O2－

拔高练(25分钟)

1．(2019·武汉调研)亚铁氰化钾{K4[Fe(CN)6]·3H2O}俗称黄血盐，常用于检验Fe3＋，也是食盐防结剂。以生产电石的副产物氰熔体[Ca(CN)2和NaCN的混合物]为原料，制备亚铁氰化钾的流程如下：

回答下列问题：   

(1)“浸取”需控制在80℃以下进行，原因是

_____________________________________________________。

(2)用硫酸亚铁晶体配制FeSO4溶液时还需加入____________________。

(3)对“滤液”处理可获得一种实验室常用干燥剂，它的化学式是________________________。

(4)“加热”使HCN气体逸出发生“反应Ⅲ”，生成K4[Fe(CN)6]、二氧化碳和氢气，该反应的化学方程式为

____________________________________________________。

(5)“反应Ⅲ”后的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、________、________、干燥即得产品。

(6)工业上，以石墨为电极，电解亚铁氰化钾溶液可以制备铁氰化钾{K3[Fe(CN)6]，可用于检验Fe2＋}，阳极的电极反应式为______________________________________________________。

(7)设计如图实验探究牺牲阳极的阴极保护法原理。

得出结论：①锌能保护铁；②__________________________。

[解析]　(1)温度过高，会促进CN－水解，生成有毒的HCN，污染环境，故需控制温度低于80℃。(2)为防止硫酸亚铁氧化变质，应加入铁粉，为防止其水解，应加入稀硫酸。(3)分析流程图可知，获得的常用干燥剂是CaCl2。(4)根据题给条件知“反应Ⅲ”的反应物为HCN、K2CO3、Fe，生成物为K4[Fe(CN)6]、CO2、H2，结合原子守恒和得失电子守恒可得反应的化学方程式为：6HCN＋2K2CO3＋Fe===K4[Fe(CN)6]＋2CO2↑＋H2↑＋2H2O。(5)从溶液中得到溶质一般需经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥操作。(6)阳极发生氧化反应，Fe元素由＋2价变为＋3价，电极反应式为：[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－。(7)由操作(ⅰ)及实验现象可知，在该原电池中Zn被腐蚀，铁被保护，电解液中无Fe2＋，在U形管铁极附近滴加铁氰化钾溶液后产生了蓝色沉淀，则说明有二价铁生成，即铁被铁氰化钾氧化生成了Fe2＋。

[答案]　(1)温度过高，促进CN－水解，生成有毒的HCN，污染环境

(2)稀硫酸和铁屑　(3)CaCl2

(4)2K2CO3＋6HCN＋Fe===K4[Fe(CN)6]＋2CO2↑＋H2↑＋2H2O　(5)过滤　洗涤

(6)[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－

(7)铁被铁氰化钾氧化生成了Fe2＋

2．(2019·合肥第二次质量检测)铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。某科研小组从某废旧铍铜元件(主要含BeO、CuS，还含少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如图：

已知：ⅰ.铍、铝元素化学性质相似；BeCl2熔融时能微弱电离。

ⅱ.常温下Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Ksp[Mn(OH)2]＝2.1×10－13。

回答下列问题：

(1)滤液A的主要成分除NaOH外，还有__________________(填化学式)；写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式________________________________________________________。

(2)滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为得到较纯净的BeCl2溶液，下列实验操作步骤最合理的顺序是________；电解熔融BeCl2制备金属铍时，需要加入NaCl，其作用是____________。

①加入过量的NaOH；②加入过量的氨水；③加入适量的HCl溶液；④过滤；⑤洗涤。

(3)反应Ⅱ中CuS的氧化产物为S单质，该反应的化学方程式为________________________________________________________。

(4)常温下，若滤液D中，c(Cu2＋)＝2.2 mol·L－1、c(Fe3＋)＝0.008 mol·L－1，c(Mn2＋)＝0.21 mol·L－1，向其中逐滴加入稀氨水，生成的沉淀F是________(填化学式)；为了尽可能多地回收铜，所得滤液G的pH最大为________。

[解析]　(1)废旧铍铜原件中含有BeO、CuS、FeS、SiO2，根据已知信息ⅰ，可知BeO属于两性氧化物，能与NaOH发生反应，CuS、FeS不与氢氧化钠反应，SiO2属于酸性氧化物，能与氢氧化钠反应，因此滤液A的主要成分是NaOH、Na2SiO3、Na2BeO2；BeO与过量盐酸反应生成氯化铍和水，其离子方程式为BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O。(2)由于Be元素、铝元素化学性质相似，可向滤液C中先加入过量的氨水，生成Be(OH)2沉淀，过滤、洗涤后再向沉淀中加入适量的HCl溶液，即得到较纯净的BeCl2溶液，故最合理的步骤顺序是②④⑤③；熔融BeCl2微弱电离，则加入NaCl可增强熔融盐的导电性。(3)根据题意可知，CuS中S转化为S单质，则MnO2中Mn被还原为Mn2＋，根据得失电子守恒、原子守恒可知，其化学方程式为MnO2＋CuS＋2H2SO4===S＋MnSO4＋CuSO4＋2H2O。(4)根据已知信息ⅱ可知，Cu2＋开始沉淀时，c(OH－)＝＝ mol·L－1＝1×10－10 mol·L－1，Fe3＋开始沉淀时，c(OH－)＝＝  mol·L－1＝×10－12 mol·L－1，Mn2＋开始沉淀时，c(OH－)＝＝  mol·L－1＝1×10－6 mol·L－1，则向滤液D中逐滴加入稀氨水，首先沉淀的是Fe3＋，所以产生的沉淀F为Fe(OH)3；滤液E中含有Cu2＋和Mn2＋，Cu2＋开始沉淀时c(OH－)＝1×10－10 mol·L－1，c(H＋)＝ mol·L－1＝10－4 mol·L－1，pH＝4，为使Cu2＋尽可能多地沉淀，同时不能使Mn2＋沉淀，由前面分析可知，Mn2＋开始沉淀时c(OH－)＝1×10－6 mol·L－1，即pH＝8，故滤液G的pH最大为8。

[答案]　(1)Na2SiO3、Na2BeO2　BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O

(2)②④⑤③　增强熔融盐的导电性

(3)MnO2＋CuS＋2H2SO4===S＋MnSO4＋CuSO4＋2H2O

(4)Fe(OH)3　8.0

3．(2019·江西八所重点中学联考)锶(Sr)为第五周期第ⅡA族元素，其化合物六水氯化锶(SrCl2·6H2O)是实验室重要的分析试剂，工业上常以天青石(主要成分为SrSO4)为原料制备，生产流程如下：

已知：①经盐酸浸取后，溶液中除含有Sr2＋和Cl－外，还含有少量Ba2＋杂质；

②SrSO4、BaSO4的溶度积常数分别为3.3×10－7、1.1×10－10；

③SrCl2·6H2O的摩尔质量为267 g·mol－1。

(1)工业上天青石焙烧前先研磨粉碎，其目的是________________________________。

(2)工业上天青石隔绝空气高温焙烧，若0.5 mol SrSO4中只有硫元素被还原，转移了3 mol电子。写出该反应的化学方程式_______________________________________________________。

(3)加入硫酸的目的是________________________。为了提高原料的利用率，滤液1中Sr2＋的浓度应不高于________mol·L－1(注：此时滤液1中Ba2＋浓度为1×10－5 mol·L－1)。

(4)滤渣1的主要成分是________，滤液1经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后，需对所得的六水氯化锶晶体进行洗涤、干燥。证明六水氯化锶晶体已洗涤干净的实验操作及现象为____________。

(5)工业上常通过电解熔融SrCl2制锶单质。由SrCl2·6H2O制取无水氯化锶的方法是____________。

[解析]　(1)粉碎天青石的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率。(2)依题意，SrSO4中只有S元素被还原，因为0.5 mol SrSO4完全反应转移3 mol电子，所以，＋6价硫元素的还原产物为S，氧化产物为CO，根据原子守恒，可知另一种产物为SrO，据此写出反应的化学方程式。(3)结合信息①和硫酸锶、硫酸钡的溶度积数据知，加入硫酸的目的是除去钡离子，提高产品纯度。c(Ba2＋)＝1×10－5 mol·L－1时，c(SO)＝＝ mol·L－1＝1.1×10－5 mol·L－1，为提高原料利用率，Sr2＋不能生成沉淀，故c(Sr2＋)<＝ mol·L－1＝0.03 mol·L－1。(4)结合信息①可知，溶液中含有Sr2＋、Cl－和Ba2＋，加入硫酸后生成了硫酸钡，故滤渣1的主要成分为硫酸钡。六水氯化锶晶体上附着有SO，可通过检验洗涤液中是否含有SO来确认是否洗净。(5)锶位于第五周期第ⅡA族，与钙同主族，根据元素周期律知，氢氧化锶的碱性比氢氧化钙强，说明氯化锶在水中不水解，故可直接灼烧SrCl2·6H2O制得SrCl2。

[答案]　(1)增加反应物的接触面积，提高化学反应速率

(2)SrSO4＋3CSrO＋3CO↑＋S

(3)除去溶液中的Ba2＋杂质　0.03

(4)BaSO4　取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加少量BaCl2溶液，无白色沉淀生成，说明沉淀洗涤干净

(5)直接加热SrCl2·6H2O(或灼烧等)