高考化学二轮复习大题突破练1化学工艺流程题含答案

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大题突破练
大题突破练1　化学工艺流程题
1.(2022湖南娄底二模)锌电解阳极泥(主要成分为MnO2、PbSO4和ZnO,还有少量锰铅氧化物Pb2Mn8O16和Ag)是冶锌过程中产生的废渣,一种回收锌电解阳极泥中金属元素锌、锰、铅和银的工艺如图。

回答下列问题:
已知:①MnSO4·H2O易溶于水,不溶于乙醇。
②葡萄糖的第五碳上羟基和醛基缩合可形成葡萄糖的半缩醛式。在较高温度及酸性催化条件下,葡萄糖能发生如下反应:
+HCOOH
(1)已知Pb2Mn8O16中Pb化合价为+2价,Mn化合价为+2价和+4价,则氧化物中+2价和+4价Mn的个数比为　　　　　　。 
(2)“还原酸浸”过程中主要反应的离子方程式为　　　　　　　　　　。 
(3)实际锰浸出最适宜的葡萄糖加入量远大于理论加入量,其原因是 　　　　　　　　　　, 
为提高葡萄糖的有效利用率,除充分搅拌外还可采取的措施为　　　　　　　　　　。 
(4)整个流程中可循环利用的物质是　　　　　。获得MnSO4·H2O晶体的一系列操作是蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥,其中洗涤的具体操作是　 　　　　　　　　　　。 
(5)加入Na2CO3溶液的目的是将PbSO4转化为PbCO3,Na2CO3溶液的最小浓度为　　　　 mol·L-1(保留两位小数)。[已知:20 ℃时Ksp(PbSO4)=1.6×10-8,Ksp(PbCO3)=7.4×10-14] 
2.(2021湖南卷,17)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中,铈(Ce)主要以CePO4形式存在,还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下:

回答下列问题:
(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子,该核素的符号为　　　　　　　; 
(2)为提高“水浸”效率,可采取的措施有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(至少写两条); 
(3)滤渣Ⅲ的主要成分是　　　　　　　　　(填化学式); 
(4)加入絮凝剂的目的是　　　　　　　　　　; 
(5)“沉铈”过程中,生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　,常温下加入的NH4HCO3溶液呈　　　　　(填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知:NH3·H2O的Kb=1.75×10-5,H2CO3的Ka1=4.4×10-7,Ka2=4.7×10-11); 
(6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4,在高温条件下,Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制备电极材料LiFePO4,同时生成CO和H2O,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
3.(2022安徽马鞍山三模)合理处理金属垃圾既可以保护环境又可以节约资源。利用废旧镀锡铜线制备胆矾并回收锡的流程如下:

已知Sn2+容易水解。
回答下列问题:
(1)加快“脱锡”速率的措施有　　　　　(写出一点)。“操作Ⅰ”包含　　　　　、　　　　　　、过滤、洗涤、干燥。 
(2)“脱锡”过程中加入少量稀硫酸调控溶液pH,其目的是　　　　　　　　;硫酸铜浓度与脱锡率的关系如图所示,当浓度大于120 g·L-1时,脱锡率下降的原因是　  　　　　　　　　　　。 

(3)“脱锡液”中含有的离子主要为Cu2+、Sn2+、H+、SO42-,以石墨为电极,通过控制溶液pH、电解时电压,可以依次回收铜、锡。电解时阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　; 
当阴极出现　　　　　的现象时,说明电解回收锡结束。 
(4)“脱锡渣”溶于硫酸的离子方程式为 　　　　　　　　　　。 
(5)称量纯净的胆矾2.50 g进行热重分析,实验测得胆矾的热重曲线如图所示。则120 ℃时所得固体的化学式为　　　　　　　　　　。 

4.(2022辽宁大连24中三模)铍是航天、航空、电子和核工业等领域不可替代的材料,有“超级金属”之称。以绿柱石[Be3Al2(SiO3)6]为原料制备金属铍的工艺如下:

已知:“滤渣1”中含有铁、铝、硅的氧化物,Na3FeF6难溶于水,Be2+可与过量OH-结合成[Be(OH)4]2-(当溶液中被沉淀离子的物质的量浓度小于等于1×10-5mol·L-1时,认为该离子沉淀完全);lg 2=0.3。
回答下列问题:
(1)“粉碎”的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)750 ℃烧结时,Na3FeF6与绿柱石作用生成易溶于水的Na2BeF4,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　。 
(3)“过滤1”的滤液中需加入适量NaOH生成Be(OH)2沉淀,但NaOH不能过量,原因是　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。 
(4)已知Ksp[Be(OH)2]=4.0×10-21,室温时0.40 mol·L-1Be2+沉淀完全时的pH最小为　　　　。 
(5)“高温转化”反应产生的气体不能使澄清石灰水变浑浊,写出其化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(6)“电解”NaCl-BeCl2熔融混合物制备金属铍,加入NaCl的主要目的是　　　　　　　　　　。 
(7)绿色化学要求在工业生产中应有效利用原料,节约原料。本工艺过程可以循环利用的物质有　　　　　　　　。 
5.某湿法炼锌的萃余液中含有Na+、Zn2+、Fe2+、Mn2+、Co2+、Cd2+及30~60 g·L-1硫酸等,逐级回收有价值的金属并制取活性氧化锌的工艺流程如图:

已知:
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Co(OH)3
Cd(OH)2
Ksp
2.6×10-39
4.9×10-17
5.9×10-15
1.6×10-44
7.2×10-15
回答下列问题:
(1)“中和氧化水解”时,先加入适量的石灰石调节溶液的pH为1.0;加入一定量的Na2S2O8;再加入石灰石调节溶液的pH为4.0。
①“氧化”时,Mn2+转化为MnO2除去,反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　。 
②“沉渣”的主要成分除MnO2外还有　　　　　　　　　　。 
③“氧化”时,若加入过量的Na2S2O8,钴元素将会进入“沉渣”中,则水解后的溶液中含钴微粒的浓度为　　　　　mol·L-1。 
(2)“除镉”时,主要反应的离子方程式为 　　　　　　　　　　　。 
(3)“沉锌”时,在近中性条件下加入Na2CO3可得碱式碳酸锌[ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O]固体,同时产生大量的气体。
①产生大量气体的原因是 　　　　　　　　　　　。 
②ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O需洗涤,检验是否洗净的试剂是　　　　　。 
(4)不同质量分数的Na2SO4溶液在不同温度下析出Na2SO4晶体的成分如图所示。欲从含20%Na2SO4及微量杂质的“沉锌后液”中直接析出无水Na2SO4,“操作a”为 　　　　　　　　　　　。 

6.(2022广东汕头二模)二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物,具有吸收强紫外光线的能力,可以用于光催化降解有机污染物,利用氟碳铈矿(主要成分为CeCO3F)制CeO2的工艺流程如图所示。

(1)CeCO3F中Ce元素的化合价为　　　　　　价。 
(2)“焙烧”过程中可以加快反应速率,提高焙烧效率的方法是　　　　　　　　(写出一种即可)。 
(3)操作①所需的玻璃实验仪器有烧杯、　　　　　　　　。 
(4)上述流程中盐酸可用硫酸和H2O2替换,避免产生污染性气体Cl2,由此可知氧化性:CeO2　(填“>”或“碳酸的Ka2,所以HCO3-在溶液中以水解为主,又由于NH4+的水解常数Kh为10-14Kb=10-141.75×10-5,则NH4HCO3溶液中NH4+的水解程度弱于HCO3-的水解程度,所以NH4HCO3溶液呈碱性。
(6)根据提示可得:Li2CO3+C6H12O6+FePO4LiFePO4+CO+H2O,配平可得化学方程式为3Li2CO3+C6H12O6+6FePO46LiFePO4+9CO↑+6H2O↑。
3.答案(1)研碎、搅拌、适当提高温度(答出一点即可)　蒸发浓缩　冷却结晶
(2)抑制Sn2+水解　置换反应速率加快,生成的铜粉快速增多,铜粉附着在铜线的表面,将未反应的锡包裹起来,从而导致锡浸出率下降
(3)2H2O-4e-O2↑+4H+或4OH--4e-O2↑+2H2O　气泡产生
(4)2Cu+O2+4H+2Cu2++2H2O
(5)CuSO4·H2O
解析 (1)从反应速率的影响因素考虑,加快“脱锡”速率的措施有研碎、搅拌、适当提高温度(答出一点即可);“操作Ⅰ”是从滤液中获得胆矾的过程,胆矾中有结晶水,故“操作Ⅰ”包含蒸发浓缩、冷却结晶;
(2)根据已知信息Sn2+容易水解,故加入少量稀硫酸调控溶液pH,其目的是抑制Sn2+水解;铜离子浓度越大,反应速率越快,但是当浓度过大时,析出的铜覆盖在导线表面,从而影响反应,故脱锡率下降的原因是置换反应速率加快,生成的铜粉快速增多,铜粉附着在铜线的表面,将未反应的锡包裹起来,从而导致锡浸出率下降;
(3)阳极发生氧化反应,水电离的氢氧根离子失去电子生成氧气,电极反应式:2H2O-4e-O2↑+4H+或4OH--4e-O2↑+2H2O;在阴极铜离子和锡离子分步得到电子,从而得到其单质,当它们反应完毕后,氢离子得到电子生成氢气,此时会有气泡生成,故当阴极出现气泡产生的现象时,说明电解回收锡结束;
(4)“脱锡渣”的主要成分是单质铜,在硫酸和氧气的作用下生成硫酸铜和水,离子方程式:2Cu+O2+4H+2Cu2++2H2O;
(5)设120 ℃时固体物质的相对分子质量为M,则有2.50∶250=1.78∶M,解得M=178,故120 ℃时固体物质的成分为CuSO4·H2O。
4.答案(1)增大固体的表面积,提高水浸的浸取率
(2)2Na3FeF6+Be3Al2(SiO3)63Na2BeF4+Fe2O3+Al2O3+6SiO2
(3)Be(OH)2+2OH-[Be(OH)4]2-或Be2++4OH-[Be(OH)4]2-
(4)6.3　(5)BeO+Cl2+CBeCl2+CO
(6)增强导电性　(7)Na3FeF6、Cl2
解析 (1)绿柱石[Be3Al2(SiO3)6]烧结后得到固体混合物,为提高水浸效率,需要将固体粉碎,增大接触面积;
(2)750 ℃烧结时,Na3FeF6与Be3Al2(SiO3)6作用生成易溶于水的Na2BeF4和Fe2O3、Al2O3、SiO2等固体难溶物,该反应的化学方程式为2Na3FeF6+Be3Al2(SiO3)63Na2BeF4+Fe2O3+Al2O3+6SiO2;
(3)Be(OH)2呈两性,“过滤1”的滤液中若加入的氢氧化钠过量,则会继续溶解而生成可溶性盐,即Be(OH)2+2OH-[Be(OH)4]2-或Be2++4OH-[Be(OH)4]2-;
(4)由于Ksp[Be(OH)2]=1×10-5×c2(OH-)=4.0×10-21,则有c(OH-)=2×10-8 mol·L-1,pH=-lg10-142×10-8=6.3;
(5)“高温转化”反应产生的气体不能使澄清石灰水变浑浊,即BeO与C、Cl2反应得到BeCl2、CO,故其反应的化学方程式为BeO+Cl2+CBeCl2+CO;
(6)从反应过程分析,NaCl没有参加反应,则加入NaCl的主要目的是增强导电性;
(7)由题干流程图可知,Na3FeF6可以循环利用,高温转化时需要利用Cl2,电解时又产生Cl2,即Cl2也可以循环利用。
5.答案(1)①S2O82-+Mn2++2H2OMnO2↓+2SO42-+4H+　②Fe(OH)3、CaSO4　③1.6×10-14
(2)Zn+Cd2+Zn2++Cd
(3)①Zn2+和CO32-发生相互促进的水解反应,产生ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O和CO2气体　②BaCl2溶液
(4)蒸发浓缩、趁热过滤
解析 (1)①Na2S2O8具有氧化性,将Mn2+转化为MnO2除去,反应的离子方程式为S2O82-+Mn2++2H2OMnO2↓+2SO42-+4H+;
②“沉渣”的主要成分除MnO2外还有氢氧化铁和硫酸钙;
③加入石灰石调节溶液的pH为4.0,Co(OH)3的Ksp=1.6×10-44,则水解后的溶液中含钴微粒的浓度为1.6×10-44(10-10)3 mol·L-1=1.6×10-14 mol·L-1;
(2)“除镉”时,是锌置换镉,主要反应的离子方程式为Zn+Cd2+Zn2++Cd;
(3)①Zn2+和CO32-发生相互促进的水解反应,产生ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O和大量的CO2气体;
②ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O需洗涤,检验是否洗净,即检验溶液中是否含有CO32-,可以选用的试剂是BaCl2溶液;
(4)从题图分析,得到硫酸钠需要进行的操作为蒸发浓缩,趁热过滤。
6.答案(1)+3　(2)粉碎矿石、增大气流速度、提高焙烧温度(任写一种,合理即可)　(3)漏斗、玻璃棒　(4)>
(5)2Ce3++6HCO3-Ce2(CO3)3↓+3H2O+3CO2↑　0.18　(6)①Ce4+　②1∶2
解析 (1)CeCO3F中C元素化合价为+4价、O元素化合价为-2价、F元素化合价为-1价,根据化合价代数和等于0,Ce元素的化合价为+3价;
(2)根据影响反应速率的因素,提高焙烧效率的方法是粉碎矿石、增大气流速度、提高焙烧温度等;
(3)操作①是分离Ce(BF4)3沉淀和CeCl3溶液,方法为过滤,所需的玻璃实验仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗;
(4)Cl-被CeO2氧化为Cl2,CeO2为氧化剂,盐酸为还原剂,盐酸可用硫酸和H2O2替换,可知H2O2是还原剂,则氧化性CeO2>H2O2;
(5)“沉铈”过程中CeCl3溶液和NH4HCO3反应生成Ce2(CO3)3沉淀,反应的离子方程式为2Ce3++6HCO3-Ce2(CO3)3↓+3H2O+3CO2↑。若“沉铈”过程中,Ce3+恰好沉淀完全,则c(Ce3+)为1.0×10-5 mol·L-1,则c(CO32-)=3Ksp[Ce2(CO3)3]c2(Ce3+)=31×10-281×10-10 mol·L-1=1×10-6 mol·L-1,c(CO32-)·c(H+)c(HCO3-)=5.6×10-11,此时溶液的pH为5,则溶液中c(HCO3-)=c(CO32-)·c(H+)5.6×10-11=1×10-6×1×10-55.6×10-11mol·L-1≈0.18 mol·L-1;
(6)①根据题图示,总反应为4H2+2NO24H2O+N2,该反应中的催化剂为Ce4+;
②根据化学方程式4H2+2NO24H2O+N2,NO2中N元素化合价由+4价降低为0价,NO2是氧化剂,H2中H元素化合价由0价升高为+1价,H2是还原剂,该转化过程中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶2。
7.答案(1)+3
(2)还原RuO4　CaSO4　T=65 ℃、pH=1.0
(3)6Na++12Fe2++2ClO3-+18SO42-+6H2O
3Na2Fe4(SO4)6(OH)2↓+2Cl-+6OH-
(4)[H··N··HH····H]+[∶Cl····∶]-　(5)作保护气,防止钌与空气中的氧气反应
解析 (1)Na2Fe4(SO4)6(OH)2中Na元素化合价为+1价、S元素化合价为+6价、O元素化合价为-2价、H元素化合价为+1价,根据化合价代数和等于0,Na2Fe4(SO4)6(OH)2中Fe的化合价为+3价;
(2)根据题给流程图,“酸浸”后,溶液中钌元素只以Ru(SO4)2形式存在,可知Na2SO3把RuO4还原为+4价,Na2SO3的作用是还原RuO4。二氧化硅和硫酸不反应、硫酸钙微溶,“滤渣”的主要成分有SiO2和CaSO4。根据题给图示,温度为65 ℃、pH为1.0时钌的浸出率最大,“酸浸”的最佳条件是T=65 ℃、pH=1.0;
(3)“酸浸”后溶液中的铁元素以Fe2+的形式存在,“除铁”时加入NaClO3把Fe2+氧化为Fe3+,碳酸钠调节pH生成
Na2Fe4(SO4)6(OH)2沉淀,反应的离子方程式为6Na++12Fe2++2ClO3-+18SO42-+6H2O3Na2Fe4(SO4)6(OH)2↓+2Cl-+6OH-;
(4)“酸溶”后溶液中的溶质RuCl4与加入的(NH4)2C2O4反应生成Ru(C2O4)2沉淀和氯化铵,“滤液2”中的化肥是氯化铵,其电子式为[H··N··HH····H]+[∶Cl····∶]-;
(5)“灼烧”时通入Ar作保护气,防止钌与空气中的氧气反应。
8.答案(1)+2　(2)AlO2-
(3)①H2O2易分解　②2LiFePO4+H2O2+8H+2Li++2Fe3++2H3PO4+2H2O
(4)Fe(OH)3
(5)①90 ℃可减少Li2CO3溶解损失　②3×10-3×74×10018
(6)温度过高,促进了碳酸锂的水解
解析 (1)根据正负化合价的和为0的原则可知其中Fe的化合价为+2价;
(2)LiFePO4不溶于氢氧化钠溶液,铝溶于氢氧化钠,2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,故“滤液1”中的阴离子为OH-、AlO2-;
(3)①过氧化氢容易分解,影响除杂,故所加H2O2的量要比理论计算值多,可能原因是H2O2易分解;②LiFePO4中Fe2+被H2O2氧化为Fe3+,同时生成磷酸,离子方程式为2LiFePO4+H2O2+8H+2Li++2Fe3++2H3PO4+2H2O;
(5)①由题图可知Li2CO3的溶解度随温度升高而降低,90 ℃可减少Li2CO3溶解损失;
②308 K时,碳酸锂物质的量分数xi=3.0×10-3,设溶液中,水和碳酸锂共1 mol,则n(Li2CO3)=3.0×10-3 mol,n(H2O)≈1 mol,S100=3×10-3×741×18,S=3×10-3×74×10018 g;
(6)碳酸锂可以水解,升温促进水解,故沉锂温度达到100 ℃时,碳酸锂沉淀率下降,可能的原因是温度过高,促进了碳酸锂的水解。
9.答案(1)第五周期第ⅥA族　+6
(2)2Cr2O3+3O2+4Na2CO34Na2CrO4+4CO2
(3)CuSO4　阴
(4)低温条件下K2Cr2O7的溶解度在整个体系中最小,且K2Cr2O7的溶解度随温度的降低而显著减小
(5)Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O
49.0%
解析 (1)Te在元素周期表中与氧元素同主族,且核外有5个电子层,所以位置为第五周期第ⅥA族;Te的最外电子层有6个电子,其最高化合价为+6价。
(2)煅烧时,Cr2O3被空气中的氧气氧化生成Na2CrO4,化学方程式为2Cr2O3+3O2+4Na2CO34Na2CrO4+4CO2。
(3)沉渣中加入稀硫酸,CuO转化为CuSO4,TeO2转化为TeOSO4,还含有CuSO4。电解沉积过程中,Cu2+在电解池的阴极得到电子被还原为Cu,析出单质铜的电极为阴极。
(4)冷却结晶,能析出大量K2Cr2O7,说明在低温条件下K2Cr2O7的溶解度在整个体系中最小,且K2Cr2O7的溶解度随温度的降低而显著减小,通过冷却结晶能析出大量K2Cr2O7。
(5)滴定过程中,Fe2+被Cr2O72-氧化为Fe3+,Cr2O72-转化为Cr3+,发生反应的离子方程式为Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O;由离子方程式,可建立如下关系式:Cr2O72-~6Fe2+,取出的25.00 mL溶液中所含的n(Fe2+)=0.100 0 mol·L-1×0.025 L=0.002 5 mol,则所得产品中K2Cr2O7的纯度为0.002 5mol×16×250 mL25.00 mL×294 g·mol-12.50 g×100%=49.0%。