高考化学二轮复习(新高考版) 第3部分 高考题型练 非选择题规范练(三) 化工流程（含解析）

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非选择题规范练(三)　化工流程
1．氧化铍(BeO)常温下为不溶于水、易溶于强酸和强碱的固体，除用作耐火材料外，还可以用于制霓虹灯和铍合金。工业上以硅铍石(主要含有BeO、SiO2、MgO，还含有少量Al2O3和Fe2O3)制备高纯度BeO的流程如图所示：

已知：①BeO为离子化合物，熔点为2 350 ℃，BeCl2和NaCl等比例混合的固体混合物在350 ℃即可熔化；
②不同金属阳离子在D2EHPA中的溶解性如下表所示：

Be2＋
Mg2＋
Fe3＋
Al3＋
D2EHPA中的溶解性
易溶
难溶
微溶
微溶

请回答下列问题：
(1)“滤渣1”的主要成分为________(填化学式)。“残液”中含量最多的金属元素为________(填名称)。
(2)“萃取”后铍元素以Be(HX2)2的形式存在于有机相中，“反萃取”后以(NH4)2Be(CO3)2的形式存在于水相中，则“反萃取”时含铍微粒发生反应的化学方程式为_____________
___________________________________________________________________________。
(3)“净化”时需将反萃取液加热到70 ℃，加热到70 ℃的目的为___________________。
(4)由2BeCO3·Be(OH)2制备高纯BeO的方法是____________________________________
____________________________________________________________________________。
(5)BeO的电子式为__________。工业上常采用电解熔融BeCl2与NaCl等比例混合物的方法制备金属Be，不采用电解熔融BeO制备的主要原因为_______________________________
______________________________________________________________________________。
答案　(1)SiO2　镁　(2)Be(HX2)2＋2(NH4)2CO3===(NH4)2Be(CO3)2＋2NH4HX2　(3)使被萃取的少量Fe3＋和Al3＋水解为对应的氢氧化物而被除去　(4)高温煅烧　(5)　BeO熔点高，熔融时能耗高，增加生产成本
解析　(1) BeO、SiO2、MgO、Al2O3和Fe2O3，只有SiO2与硫酸不反应，所以“滤渣1”的主要成分为SiO2。根据不同金属阳离子在D2EHPA中的溶解性表，Mg2＋难溶于D2EHPA，“残液”中含量最多的金属元素为镁。
(2)“萃取”后铍元素以Be(HX2)2的形式存在于有机相中，“反萃取”后以(NH4)2Be(CO3)2的形式存在于水相中，则“反萃取”时Be(HX2)2和(NH4)2CO3反应生成(NH4)2Be(CO3)2，反应的化学方程式为Be(HX2)2＋2(NH4)2CO3===(NH4)2Be(CO3)2＋2NH4HX2。
(3) “净化”时需将反萃取液加热到70 ℃，加热促进水解，加热到70 ℃的目的是使被萃取的少量Fe3＋和Al3＋水解为对应的氢氧化物而被除去。
(5)BeO是离子化合物，电子式为；BeCl2和NaCl等比例混合的固体混合物在350 ℃即可熔化，BeO为离子化合物，熔点为2 350 ℃，BeO熔点高，熔融时能耗高，增加生产成本，所以工业上常采用电解熔融BeCl2与NaCl等比例混合物的方法制备金属Be。
2．海水是巨大的化学资源宝库，利用海水可以提取很多物质。
利用1：提溴工业
用海水晒盐之后的盐卤可提取溴，提取流程如图：

(1)吹出塔中热空气能将溴单质吹出的原因是______________________________________。
蒸馏塔中通入水蒸气进行加热，需要控制温度在90 ℃左右的原因是_________________。
利用2：提镁工业
从海水提取食盐和Br2之后的盐卤中除含有Mg2＋、Cl－外，还含有少量Na＋、Fe2＋、Fe3＋、SO和CO(NH2)2等，还可以用来提取MgCl2、MgO、Mg(OH)2等物质，流程如图所示：

(2)用NaClO除去尿素CO(NH2)2时，生成物除盐外，还有能参与大气循环的无毒物质，则该反应的化学方程式为_____________________________________________________________；
加入NaClO的另一个作用是______________________________________________________。
利用3：淡化工业
(3)海水淡化的方法主要有闪蒸法、离子交换法、电渗析法等。离子交换法淡化海水模拟过程如图所示。氢型阳离子交换原理可表示为：HR＋Na＋===NaR＋H＋；……。羟型阴离子交换树脂填充部分存在的反应有：ROH＋Cl－===RCl＋OH－；____________；______________。

(4)电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示：

①图中的海水没有直接通入到阴极室中，其原因是______________________________。
②淡化水在________室(填X、Y、Z、M或N)形成后流出。
答案　(1)溴单质的沸点低，溴单质易挥发　温度过低不利于溴的蒸出，温度过高会蒸出较多水蒸气
(2)3NaClO＋CO(NH2)2===3NaCl＋CO2↑＋N2↑＋2H2O　将Fe2＋氧化为Fe3＋，并形成Fe(OH)3
(3)2ROH＋SO===R2SO4＋2OH－　H＋＋OH－===H2O　(4)①海水中含有较多的Mg2＋、Ca2＋等阳离子，阴极放电产生OH－，容易生成Mg(OH)2和Ca(OH)2等沉淀附着在电极表面或堵塞交换膜　②Y、M
解析　(1)吹出塔中热空气能将溴单质吹出的原因是由于液溴沸点低，易挥发。蒸馏塔中通入水蒸气进行加热，需要控制温度在90 ℃左右是由于温度过低不利于溴的蒸出，而温度过高会蒸出较多水蒸气。
(2)加入的NaClO具有强氧化性，尿素具有还原性，在NaClO除去尿素CO(NH2)2时，二者发生氧化还原反应，产生CO2、N2、H2O、NaCl，根据得失电子守恒、原子守恒，可得反应方程式为3NaClO＋CO(NH2)2===3NaCl＋CO2↑＋N2↑＋2H2O；在提取盐后的盐卤水中含有还原性微粒Fe2＋，而NaClO具有强氧化性，能够将Fe2＋氧化产生Fe3＋，同时NaClO是强碱弱酸盐，水解使溶液显碱性，Fe3＋与水解产生的OH－结合形成Fe(OH)3沉淀，因此加入NaClO的另一个作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，并形成Fe(OH)3沉淀除去。
(4)①海水为混合物，其中含有大量的Mg2＋、Ca2＋等阳离子，而阴极在电解时水放电产生H2同时会产生OH－，OH－易与Mg2＋、Ca2＋反应生成Mg(OH)2和Ca(OH)2等沉淀附着在电极表面或堵塞交换膜，因此不能将海水直接通入到阴极室；②X、Y、Z、M中均加入海水，根据电解装置可知左侧为电解池的阳极，右侧为阴极，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，由此可分析Y中的Cl－会通过阴离子交换膜进入左侧X室，而其中的Na＋则通过阳离子交换膜进到右侧Z中；同理M中的阳离子Na＋会通过阳离子交换膜进到右侧阴极区N中，其中的阴离子Cl－会通过阴离子交换膜进入Z中，而Z中的阴、阳离子都无法透过相应的交换膜，因此能得到淡水的是Y、M，而Z中的氯化钠浓度增大。
3．锆及其化合物作为新材料，具有相当重要的意义。氧氯化锆(ZrOCl2)是制备锆系列材料的一种重要中间产品，用锆英砂(主要成分ZrSiO4)制备水合氧氯化锆有多种方法，目前使用较多的是“一酸一碱法”，其主要流程如图：

已知：①Na2ZrO3在强碱性的介质中不溶解或水解；②硅酸和原硅酸都具有吸附性。
回答下列问题：
(1)“碱烧”过程中生成“碱熔料”的化学方程式为______________________________。
(2)“水洗压滤”工艺可以将30%～70%的硅除去，如图表示的是各种工艺变化对水洗除硅率的影响，则为了提高除硅率应采取的措施是_____________________________________
(任意回答两条即可)。

(3)硅的去除还有一部分是通过上述流程中的________工艺实现的，这一部分硅转化成的物质是__________(填化学式)。
(4)水洗压滤的主要目的是除硅，则转型压滤的主要目的是除去__________，转型压滤过程中生成ZrO(OH)2的离子方程式为________________________________________________。
(5)操作M包括________、过滤、洗涤、干燥；上述工艺若不加改进，锆的损失会比较大，为了减少锆的损失，应该改进的措施是_________________________________________。
(6)称取3.220 g产品(水合氧氯化锆)，溶于盐酸配制成1 000 mL溶液，取25 mL于锥形瓶中，加热至90 ℃以上，并滴入2滴二甲酚橙指示剂，趁热用0.012 5 mol·L－1EDTA标准溶液滴定，当溶液由红色变为黄色且半分钟不褪色时，消耗EDTA溶液20 mL。计算水合氧氯化锆的化学式为________(EDTA与ZrO2＋在上述条件下以1∶1比例反应；锆的相对原子质量为91)。
答案　(1)ZrSiO4＋4NaOHNa2SiO3＋Na2ZrO3＋2H2O(或ZrSiO4＋6NaOHNa4SiO4＋Na2ZrO3＋3H2O)　(2)水料比在3∶1～4∶1之间均可；混合后立即搅拌；搅拌时间30～60 min均可　(3)“转型压滤”和“酸化压滤”　H2SiO3(或H4SiO4)　(4)钠(或Na＋或氯化钠)　Na2ZrO3＋2H＋===2Na＋＋ZrO(OH)2　(5)蒸发浓缩、冷却结晶　将滤渣洗涤，并将洗涤液并入母液中，重复操作M　(6)ZrOCl2·8H2O
解析　(6)根据题意，25 mL产品溶液消耗EDTA标准溶液的物质的量为0.02 L×0.012 5 mol·L－1＝0.000 25 mol，由于EDTA与ZrO2＋在上述条件下以1∶1比例反应，则ZrO2＋的物质的量为0.000 25 mol，则3.220 g产品(水合氧氯化锆)中水合氧氯化锆的物质的量为0.000 25 mol×
＝0.01 mol，氧氯化锆的物质的量也为0.01 mol，因此所含结晶水的质量为3.22 g－0.01 mol×178 g·mol－1＝1.44 g，则水的物质的量为0.08 mol，则氧氯化锆与水的物质的量之比为0.01 mol∶0.08 mol＝1∶8，则水合氧氯化锆的化学式为ZrOCl2·8H2O。
4．Ni(OH)2作为合成镍钴锰三元电极材料的原料，工业上可用红土镍矿(主要成分为NiO、FeO、Fe2O3、MgO和SiO2)制备，工艺流程如图所示。回答下列问题：

(1)“滤渣1”的成分为__________(写化学式)。
(2)“除铁”中，加入NaClO的目的是_________________________________________，
为了证明加入NaClO已足量，可选择的试剂是________ (填字母)。
a．KSCN溶液、氯水
b．K3[Fe(CN)6] 溶液
c．NaOH溶液
(3)已知“滤渣2”的成分为黄钠铁矾，其化学式为NaFe3(SO4)2(OH)6，则“除铁”中“Na2CO3/△”条件下生成滤渣2的离子方程式为_______________________________。
(4)“除镁”中，若溶液pH过小，Mg2＋沉淀不完全，原因是______________________。
(5)“沉镍”的离子方程式为_________________________________________________。
(6)以镍钴锰三元材料(可简写为Li1－nMO2)为一极电极材料的新型锂电池工作原理如图所示，放电时总反应为Li1－nMO2＋LinC6 LiMO2＋6C，则充电时b极的电极反应式为________________________________________________________________________。

答案　(1)SiO2　(2)将Fe2＋氧化成Fe3＋　b
(3)Na＋＋3Fe3＋＋2SO＋3H2O＋3CO===NaFe3(SO4)2(OH)6↓＋3CO2↑　(4)F－与H＋结合形成弱电解质HF，MgF2Mg2＋＋2F－平衡向右移动　(5)Ni2＋＋2HCO===NiCO3↓＋CO2↑＋H2O
(6)LiMO2－ne－===Li1－nMO2＋nLi＋
解析　(2)加入NaClO可以将Fe2＋氧化成Fe3＋，便于除去；当NaClO足量时，溶液Fe元素以Fe3＋的形式存在，不含Fe2＋，所以只要证明溶液中没有Fe2＋就可以说明NaClO足量；由于溶液中存在Fe3＋，所以滴加KSCN溶液溶液会显红色，再加氯水没有明显变化，无法检验Fe2＋，故不选a；Fe2＋可以和K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀，故b合适；加NaOH溶液会产生Fe(OH)3沉淀，即便有Fe2＋，产生的Fe(OH)2沉淀也会被迅速氧化，而且Fe(OH)3沉淀的颜色会覆盖掉Fe(OH)2的颜色，所以无法通过NaOH溶液判断是否有Fe2＋，故不选c。
(3)反应物有Fe3＋、Na2CO3、SO等，产物有NaFe3(SO4)2(OH)6，产物中的OH－说明该反应过程有Fe3＋与CO的相互促进水解，所以产物应该还有CO2，根据元素守恒可得离子方程式为Na＋＋3Fe3＋＋2SO＋3H2O＋3CO===NaFe3(SO4)2(OH)6↓＋3CO2↑。
(4)F－与H＋结合形成弱电解质HF，MgF2Mg2＋＋2F－平衡向右移动，导致镁离子沉淀不完全。
(5)沉镍时反应有Ni2＋、NH4HCO3，产物有NiCO3说明不是相互促进水解，而是Ni2＋与HCO电离出的CO结合生成NiCO3沉淀，促进HCO的电离，同时产生大量的氢离子，而氢离子又和HCO反应生成二氧化碳和水，所以离子方程式为Ni2＋＋2HCO===NiCO3↓＋CO2↑＋H2O。
5．钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)是无公害型冷却水系统的金属缓蚀剂。工业上利用钼精矿(主要成分是MoS2，含少量PbS等)制备钼酸钠的途径如图所示：

(1)Na2MoO4·2H2O中钼元素的化合价是________。
(2)焙烧过程发生的主要反应为MoS2＋O2―→MoO3＋SO2(未配平)，该反应的氧化产物是____________(填化学式)。
(3)碱浸时生成Na2MoO4和一种气体A，该气体的电子式为____________；沉淀时加入Na2S溶液的目的是______________________________________________________________。
(4)焙烧钼精矿所用的装置是多层焙烧炉，图1为各炉层固体物料的物质的量的百分数(φ)。


第6层焙烧炉中所得MoO3与MoO2的物质的量之比为________。
(5)钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂。常温下，碳素钢在三种不同介质中的腐蚀速率实验结果如图2：
①使碳素钢的缓蚀效果最优，钼酸钠和月桂酰肌氨酸的浓度比应为________。
②随着盐酸和硫酸浓度的增大，碳素钢在两者中腐蚀速率产生明显差异的主要原因是________________________________________________________________________。
③空气中钼酸盐对碳钢的缓蚀原理是在碳钢表面形成FeMnO4­Fe2O3保护膜。密闭式循环冷却水系统中的碳钢管道缓蚀，除需要加入钼酸盐外还需加入NaNO2。则NaNO2的作用是________________________________________________________________________。
答案　(1)＋6　(2)MoO3和SO2　(3)　除去Pb2＋　(4)1∶3　(5)①1∶1　②Cl－有利于碳钢的腐蚀，SO不利于碳钢的腐蚀，使得钢铁在盐酸中的腐蚀速率明显快于硫酸　
③替代空气中氧气起氧化剂作用
解析　(2)焙烧过程中MoS2和O2反应生成MoO3和SO2，Mo元素的化合价从＋2价升高到＋6价、S元素的化合价从－1价升高到＋4价，O元素的化合价从0价降低到－2价，根据得失电子守恒和原子守恒，配平后的化学方程式为2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2，该反应的还原剂是MoS2，则氧化产物是MoO3和SO2。
(3)由流程图可知，碱浸时MoO3与Na2CO3反应生成一种气体A和Na2MoO4，可推知碱浸时发生了反应：MoO3＋CO===MoO＋CO2↑，则A为CO2，电子式为；流程图中“沉淀时”加入Na2S溶液后再过滤，得到的滤液中已经不含铅元素，则铅元素转移到废渣中，即废渣含PbS，加入Na2S溶液目的是除去Pb2＋。
(4)第6层焙烧炉中所得含钼元素产物有MoS2、MoO3与MoO2，其中MoS2与MoO3物质的量百分数均为20%，则MoO2物质的量百分数为60%，则MoO3与MoO2的物质的量之比为1∶3。
(5)①根据图像知当缓蚀剂中钼酸钠和月桂酰肌氨酸均为150 mg·L－1时碳素钢的缓蚀效果最优，钼酸钠和月桂酰肌氨酸的浓度比应为1∶1。
②随着盐酸和硫酸浓度的增大，碳素钢在两者中腐蚀速率产生明显差异，则二者主要的差别为阴离子不同，可以推测其主要原因是Cl－有利于碳钢的腐蚀，SO不利于碳钢的腐蚀，使得钢铁在盐酸中的腐蚀速率明显快于在硫酸中的腐蚀速率。
③空气中钼酸盐对碳钢的缓蚀原理是在碳钢表面形成FeMnO4­Fe2O3保护膜。密闭式循环冷却水系统中的碳钢管道缓蚀，除需要加入钼酸盐外还需加入NaNO2。则NaNO2的作用是替代空气中氧气起氧化剂作用，以便在碳钢表面形成FeMnO4­Fe2O3保护膜。