04 无机化工流程题(4) （附答案解析）-备战高考化学大题逐空突破系列（全国通用）

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无机化工流程题(4)
1．NiSO4·6H2O是一种绿色易溶于水的晶体，可由电镀废渣(除镍外，还含有铜、锌、铁等元素)为原料获得。操作步骤如下：

(1)向滤液Ⅰ中加入FeS是为了生成难溶于酸的硫化物沉淀而除去Cu2+、Zn2+等杂质，则除去Cu2+的离子方程式为　　　　　　
(2)根据对滤液Ⅱ的操作作答：
①往滤液Ⅱ中加入H2O2发生反应的离子方程式为_____________________________________________
②调滤液ⅡpH的目的是__________________
③检验Fe3+是否除尽的操作和现象是_____________________________________________
(3)滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO4，加Na2CO3过滤后得到NiCO3固体，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4，这两步操作的目的是______________________________________________________
(4)得到的NiSO4溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等一系列操作可得到NiSO4·6H2O晶体
①在进行蒸发浓缩操作时，加热到___________________________(描述实验现象)时，则停止加热
②为了提高产率，过滤后得到的母液要循环使用，则应该回流到流程中的_____(填“a”、“b”、“c”或“d”)位置
③如果得到产品的纯度不够，则应该进行________________(填操作名称)操作
2．氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：

已知：①菱锰矿石主要成分是MnCO3，还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素
②相关金属离子[c(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀时的pH如下：
金属离子
Al3＋
Fe3＋
Fe2＋
Ca2＋
Mn2＋
Mg2＋
开始沉淀的pH
3.8
1.5
6.5
10.6
8.1
9.6
沉淀完全的pH
5.2
3.7
9.7
12.6
10.1
11.6
③常温下，CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10－10、7.42×10－11
回答下列问题：
(1)“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为__________________________
(2)分析下列图1、图2、图3，氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：焙烧温度_________，氯化铵与菱锰矿粉的质量之比为________，焙烧时间为__________________________

(3)浸出液“净化除杂”过程如下：首先加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为_________________；然后调节溶液pH使Fe3＋、Al3＋沉淀完全，此时溶液的pH范围为_________，再加入NH4F沉淀Ca2＋、Mg2＋，当c(Ca2＋)＝1.0×10－5 mol·L－1时，c(Mg2＋)＝_______mol·L－1
(4)碳化结晶时，发生反应的离子方程式为__________________________________________
(5)流程中能循环利用的固态物质是___________
3．钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Al3＋
Mn2＋
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
10.1
回答下列问题：
(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是______________________________________________
(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VO，同时还有________离子被氧化。写出VO＋转化为VO反应的离子方程式________________________________________________
(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5· xH2O，随滤液②可除去金属离子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的________
(4)“沉淀转溶”中，V2O5· xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是______________
(5)“调pH”中有沉淀产生，生成沉淀反应的化学方程式是____________________________
(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是____________________
4．三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO4·H2O，其相对分子质量为990)简称“三盐”，不溶于水及有机溶剂。主要适用于不透明的聚氯乙烯硬质管、注射成型制品，也可用于人造革等软质制品。以铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如下图所示

已知：Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13
请回答下列问题：
(1)写出步骤①“转化”的离子方程式：____________________________________________
(2)根据下图溶解度曲线，由滤液1得到Na2SO4固体的操作为：将“滤液1”________、________、用乙醇洗涤后干燥

(3)步骤③“酸溶”，为提高酸溶速率，可采取的措施是_______________________________(任意写出一条)
(4)“滤液2”中可循环利用的溶质为________(填化学式)。若步骤④“沉铅”后的滤液中c(Pb2＋)＝1.82×10－5mol·L－1，则此时c(SO)＝________mol·L－1
(5)步骤⑥“合成”三盐的化学方程式为____________________________________________
(6)若消耗100.0 t铅泥，最终得到纯净干燥的三盐49.5 t，假设铅泥中的铅元素有75%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为________
5．利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如图：

已知硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋
(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有_______________、____________________(答出两点)
(2)H2O2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr3＋转化为Cr2O，则此反应中氧化剂和还原剂物质的量之比为__________
(3)常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示：
阳离子
Fe3＋
Al3＋
Cr3＋
开始沉淀时的pH
2.7
－
－
沉淀完全时的pH
3.7
5.4(＞8溶解)
9(＞9溶解)
①用NaOH调节溶液的pH不能超过8，其理由是_____________________________________。
②当pH＝8时，Mg2＋______________ (填“是”或“否”)开始沉淀(溶液中Mg2＋浓度不超过1 mol·L－1)。已知：Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10－11。
(4)上述流程中，加入NaOH溶液后，溶液呈碱性，Cr2O转化为CrO，写出上述流程中用SO2进行还原时发生反应的离子方程式：___________________________________________
6．溴酸镉[Cd(BrO3)2]常用作分析试剂、生产荧光粉等。以镉铁矿(成分为 CdO2、Fe2O3、FeO 及少量的Al2O3 和SiO2)为原料制备[Cd(BrO3)2]的工艺流程如下：

已知 Cd(SO4)2 溶于水
回答下列问题：
(1)为提高镉的浸取率，酸浸时可采取的措施有____________________(任写两种即可)。
(2)还原镉时，产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，发生反应的离子方程式为_____________________________
(3)加入H2O2 溶液的目的是______________________________________________________
(4)滤渣2 的主要成分为__________________(填化学式)；为检验滤液中是否含有 Fe3＋，可选用的化学试剂是______________________
(5)实际工业生产中，有时还采用阳离子交换树脂法来测定沉镉后溶液中 Cd2＋的含量，其原理：Cd2＋＋ 2NaR===2Na＋＋ CdR2 ，其中NaR为阳离子交换树脂。常温下，将沉镉后的溶液(此时溶液 pH＝6)经过阳离子交换树脂后，测得溶液中的 Na＋比交换前增加了 0.055 2 g·L－1，则该条件下Cd(OH)2 的Ksp值为_________
(6)已知镉铁矿中CdO2的含量为72%，整个流程中镉元素的损耗率为10%，则2 t该镉铁矿可制得Cd(BrO3)2(摩尔质量为 368 g·mol－1)质量为________kg



7．钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图：

回答下列问题：
(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。混合的实验操作是__________________________________________
(2)先加入氨水调节pH＝3，过滤，滤渣主要成分是______________；再向滤液中加入氨水调节pH＝6，滤液中Sc3＋的浓度为__________(已知：25 ℃时，Ksp[Mn (OH)2]＝1.9×10－13，Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39，Ksp[Sc(OH)3]＝9.0×10－31)
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH＝2的草酸溶液中 ＝________________(保留两位有效数字)。写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式：______________________________[已知：25 ℃时，Ka1(H2C2O4)＝5.9×10－2，Ka2(H2C2O4)＝6.4×10－5]
(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为____________________________________________
(5)废酸中含钪量为15 mg·L－1，V L废酸最多可提取Sc2O3的质量为________________
8．工业上回收利用某合金废料(主要含Fe、Cu、Co、Li等，已知Co、Fe都是中等活泼金属)的工艺流程如下：

(1)金属M为____________，操作1为____________
(2)加入H2O2的作用是____________________________________(用离子方程式表示)，加入氨水的作用是_______
(3)充分焙烧的化学方程式为____________________________________________________________
(4)已知Li2CO3微溶于水，其饱和溶液的浓度与温度关系见下表。操作2中，蒸发浓缩后必须趁热过滤，其原因
是________________________，90 ℃时Ksp(Li2CO3)的值为____________
温度/℃
10
30
60
90
浓度/mol·L-1
0.21
0.17
0.14
0.10
(5)用惰性电极电解熔融Li2CO3制取锂，阳极生成两种气体，则阳极的电极反应式为________________________
9．二硫化钨(WS2，其中W的化合价为＋4)可用作润滑剂，还可以在石油化工领域中用作催化剂。由钨铁矿(其主要成分是FeWO4，还含少量Al2O3)制备二硫化钨的工艺流程如图所示：

回答下列问题：
(1)FeWO4中铁元素的化合价为________________
(2)FeWO4在“熔融”过程中发生反应的化学方程式为________________________；“熔融”过程中为了提高熔融速率，可采取的措施有____________________(写出一条即可)
(3)过量CO2通入粗钨酸钠溶液中发生反应的离子方程式为____________________________________，操作Ⅰ中用作引流的玻璃仪器是________
(4)生成二硫化钨的化学方程式为2(NH4)2WS4＋3O22WS2＋4NH3＋2S＋2SO2＋2H2O，若反应中转移8 mol
电子，则生成WS2的质量是________g
10．硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知：硼镁矿主要成分为Mg2B2O5·H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O。利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如下。回答下列有关问题：

(1)硼砂中B的化合价为____________，溶于热水后，常用H2SO4调pH至2~3制取H3BO3，反应的离子方程式为____________________________________，X为H3BO3晶体加热脱水的产物，其与Mg反应制取粗硼的化学方程式为____________________________________，该反应中的氧化剂是____________(填化学式)
(2)硼酸是一种一元弱酸，它与水作用时结合水电离的OH-而释放出水电离的H+，这一变化的离子方程式为____________________________________，皮肤上不小心碰到氢氧化钠溶液，一般先用大量水冲洗，然后再涂上硼酸溶液，则硼酸与氢氧化钠反应的离子方程式为____________________________________
(3) MgCl2·7H2O需要在HCl氛围中加热制MgCl2，其目的是____________________________________
(4)制得的粗硼在一定条件下生成BI3，BI3加热分解可以得到纯净的单质硼。现将0.020 g粗硼制成的BI3完全分解，生成的I2用0.30 mol·L-1 Na2S2O3(H2S2O3为弱酸)溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液18.00 mL。盛装Na2S2O3溶液的仪器应为______(填“酸式”或“碱式”)滴定管，该粗硼样品的纯度为______(提示：I2+2S2O32—===2I-+S4O62—)
11．一种以冷热镀管废料锌灰制ZnSO4·7H2O晶体，进而获取ZnO，并探索氢电极增压还原氧化锌电解法制锌的方法，工艺流程如图所示，回答下列问题：

已知：①锌灰的主要成分为ZnO、ZnCl2，还含有SiO2、CuO、PbO和FeO
②Cu＋＋Cl－===CuCl↓
(1)滤渣1的主要成分为SiO2和________
(2)酸浸时，硫酸浓度不能过高，原因是_______________________________________
(3)写出“沉铜”时的离子方程式：___________________________________________
(4)在pH为5.6的条件下氧化后，再加入聚丙烯酰胺絮凝剂并加热搅拌，其目的是____
(5)氢电极增压还原氧化锌的装置如图所示，储罐内ZnO溶解后形成Zn(OH)离子，每溶解1 mol ZnO需消耗______mol KOH。电解池中的总反应离子方程式为：___________

(6)该工艺废水中含有Zn2＋，排放前需处理。向废水中加入CH3COOH和CH3COONa组成的缓冲溶液调节pH，通入H2S发生反应：Zn2＋＋H2SZnS(s)＋2H＋。处理后的废水中部分微粒浓度为：
微粒
H2S
CH3COOH
CH3COO－
浓度/(mol·L－1)
0.10
0.05
0.10
处理后的废水的pH＝________，c(Zn2＋)＝________。[已知：Ksp(ZnS)＝1.0×10－23，Ka1(H2S)＝1.0×10－7，Ka2(H2S)＝1.0×10－14，Ka(CH3COOH)＝2.0×10－5
12．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下：

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，选择下列实验操作最合理步骤的顺序是____________；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；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，生成沉淀F是____________(填化学式)；为了尽可能多的回收铜，所得滤液G的pH最大值为____________
13．锂离子电池应用很广，其正极材料可再生利用，某锂离子电池的正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为：6C+xLi++xe-=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)

回答下列问题：
(1)LiCoO2中，Co元素的化合价为________
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式________________________________
(3)“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式________________________、__________________________________________________；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是________________________________
(4)写出“沉钴”过程中反应的化学方程式________________________
(5)充电过程中，发生LiCoO2与Li1-XCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式________________
(6)上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是________________________________________，在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有________________(填化学式)






【无机化工流程题(4)】答案
1．(1)FeS+Cu2+===CuS+Fe2+
(2)①2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
②除去Fe3+
③取少量滤液Ⅲ于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则Fe3+已除净
(3)增大NiSO4的浓度，利于蒸发结晶(或富集NiSO4)
(4) ①有少量晶体析出(或者溶液表面形成晶体薄膜)
②d　
③重结晶
解析：(1) FeS除去Cu2+的反应是沉淀的转化，即FeS+Cu2+CuS+Fe2+。(2) ①对滤液Ⅱ中加H2O2的目的是将Fe2+氧化Fe3+，加入H2O2的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。②调滤液ⅡpH的目的是除去Fe3+。③检验Fe3+是否除尽的操作和现象：用试管取少量滤液Ⅲ，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则Fe3+已除净。(3) NiSO4与Na2CO3反应生成NiCO3沉淀，而后过滤，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4，这样可提高NiSO4的浓度，有利于蒸发结晶。(4) ①在进行蒸发浓缩操作时，当少量晶体析出时或溶液表面形成晶体薄膜时，停止加热。②为了提高产率，过滤后得到的母液要循环使用，应该回流到流程d中循环使用。③产品的纯度不够需要重新溶解、浓缩、结晶析出得到较纯净的晶体，实验操作为重结晶。
2．(1)MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O　
(2)500 ℃　1.10　60min　
(3)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O　5.2≤pH