新教材适用2024版高考化学二轮总复习题型突破特训二化学工艺流程综合题

这是一份新教材适用2024版高考化学二轮总复习题型突破特训二化学工艺流程综合题，共7页。
请回答下列问题：
(1)基态Ti原子的核外电子排布式为_1s22s22p63s23p63d24s2__。
(2)“碱浸”的目的是除去_Al2O3、SiO2__(填化学式)。
(3)“碱浸”时加入适当过量的NaOH溶液，“酸浸”时加入适当过量的稀硫酸，且NaOH溶液和稀硫酸均不宜过量太多，其主要原因是_适当过量可以使反应更充分，不能过量太多是防止过量NaOH、H2SO4腐蚀反应容器，且后续处理浸液1和滤液2成本高__。
(4)“沉钛”时生成Ti3(PO4)4的化学方程式为
4H3PO4＋3TiOSO4===Ti3(PO4)4↓＋3H2SO4＋3H2O 。
(5)本实验洗涤Ti3(PO4)4时采用如图所示装置，该装置为抽滤装置，其原理是用抽气泵使吸滤瓶中的压强降低，达到快速固液分离的目的。其中“安全瓶”的作用是_防止吸滤瓶中的液体倒吸到抽气泵中__。
(6)常温下，Ti3(PO4)4的Ksp＝a，当溶液中c(Ti4＋)≤1.0×10－5ml·L－1时可认为Ti4＋沉淀完全，则“沉钛”时，溶液中c(POeq \\al(3－,4))最低为 eq \r(4,1015a) ml·L－1。
【解析】 钛铁矿粉碎过筛后加入NaOH溶液，氧化铝、二氧化硅和NaOH溶液反应而除去，FeTiO3用稀硫酸酸浸，得到TiOSO4和FeSO4的混合溶液，加磷酸沉钛，得到Ti3(PO4)4，Ti3(PO4)4和AlPO4、Li3PO4高温反应得到LATP。(1)Ti是22号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。(2)钛铁矿粉碎过筛后主要成分为FeTiO3，含少量Al2O3、SiO2，加入NaOH溶液“碱浸”的目的是除去杂质Al2O3，SiO2。(3)NaOH溶液、H2SO4溶液均具有强烈的腐蚀作用，NaOH溶液和稀硫酸均不宜过量太多，防止过量NaOH、H2SO4腐蚀反应容器。(4)“沉钛”时加入磷酸生成Ti3(PO4)4的化学方程式为4H3PO4＋3TiOSO4===Ti3(PO4)4↓＋3H2SO4＋3H2O。(5)抽滤原理是用抽气泵使吸滤瓶中的压强降低，抽气泵中的压强降低容易出现倒吸现象，需要加入“安全瓶”防止吸滤瓶中的液体倒吸到抽气泵中。(6)Ti3(PO4)4(s)3Ti4＋(aq)＋4POeq \\al(3－,4)(aq)，Ksp＝c3(Ti4＋)·c4(POeq \\al(3－,4))当Ti4＋沉淀完全时cmin(POeq \\al(3－,4))＝eq \r(4,\f(Ksp,c3Ti4＋))＝eq \r(4,\f(a,10－53)) ml·L－1＝eq \r(4,1015a) ml·L－1。
2. (2023·湖北十一校二模)电子级氢氟酸是微电子行业的关键性基础材料之一，由萤石粉(主要成分为CaF2，含有少量SiO2和微量As2O3等)制备工艺如下：
回答下列问题：
(1)“酸浸”时生成HF的化学方程式为 CaF2＋H2SO4(浓)===CaSO4＋2HF↑ ，工业生产时往往会适当加热，目的是_加快反应速率，提高CaF2的转化率__。
(2)“精馏1”设备使用的材料可选用_D__(填序号)。
A．玻璃 B．陶瓷
C．石英 D．金
(3)已知H2SiF6是一种配位酸，酸性与硝酸相近，可与KMnO4溶液反应制备极易溶于水的强酸HMnO4，反应的离子方程式为 2K＋＋SiFeq \\al(2－,6)===K2SiF6↓ 。
(4)“氧化”时将AsF3氧化为AsF5。AsF5的沸点高于AsF3，原因是_AsF5、AsF3均为分子晶体(分子间均不存在氢键)，AsF5相对分子质量大，范德华力大，熔沸点高__。
(5)液态HF是酸性溶剂，能发生自偶电离：HFH＋＋F－，由于H＋和F－都溶剂化，常表示为3HFH2F＋＋HFeq \\al(－,2)。在HF溶剂中AsF5、BF3呈酸性，HClO3、HNO3、H2O呈碱性，比如AsF5、HClO3的电离方程式分别为AsF5＋2HFAsFeq \\al(－,6)＋H2F＋；HOClO2＋2HF(HO)2ClO＋＋HFeq \\al(－,2)。在HF作用下：
①写出BF3与HNO3反应的离子方程式 BF3＋HNO3＋HF===(HO)2NO＋＋BFeq \\al(－,4) 。②已知：H2O与AsF5反应生成HAsF6。结合H＋的能力：H2O_”“0.5 ml/L的条件，用阴离子交换树脂吸附ReOeq \\al(－,4)，请用适当的化学用语从平衡移动的角度说明“c(H＋)>0.5 ml/L”的原因 MOeq \\al(2－,4)＋4H＋MOeq \\al(2＋,2)＋2H2O反应，c(H＋)>0.5 ml/L时，该平衡正向程度大，使M元素转变为阳离子，不会被阴离子交换树脂吸附，从而与Re元素分离 。
(4)pH＝3时，通过X射线能谱分析，产品中仅含有少量ReO3杂质，并测得Re与O两种原子的物质的量之比为1∶0.30，则该条件下产品中单质Re的质量分数为_88__%。(结果保留两位有效数字)
【解析】 钼精矿加入CaO加压焙烧得到Ca(ReO4)2、CaMO4、CuO。加入稀H2SO4、MnO2酸浸，浸出液主要含有HReO4、H2MO4、Mn2＋、Cu2＋等离子，废渣主要为CaSO4。浸出液经过沉钼，得到钼/铼浸出液，可采用离子交换或萃取/反萃取等方法分离钼元素和铼元素。(1)加压可增大氧气浓度，从而加快反应速率，使反应进行更加充分。MS2加压焙烧后转化为CaMO4，化学方程式为2MS2＋9O2＋6CaOeq \(=====,\s\up7(△))2CaMO4＋4CaSO4。(2)CaSO4微溶于水，则废渣1的主要成分是CaSO4(还有过量的MnO2)。酸浸过程中MnO2作氧化剂，被还原为Mn2＋，则浸出液中主要含有的金属阳离子还有Cu2＋和Mn2＋。实际生产中要使铼吸附率较大的情况下尽可能提升萃取液流速，则根据图示，最佳流速范围为6～8 BV/h，选择C项。(3)步骤Ⅵ中存在MOeq \\al(2－,4)＋4H＋MOeq \\al(2＋,2)＋2H2O反应，当c(H＋)>0.5 ml/L时，该平衡正向程度大，使M元素转变为阳离子，不会被阴离子交换树脂吸附，而Re主要以ReOeq \\al(－,4)阴离子形式存在，因此M元素可以与Re元素分离。(4)Re与O两种原子的物质的量之比为1∶0.30，则Re原子与ReO3的物质的量之比为1∶0.10，Re金属与ReO3的物质的量之比为0.90∶0.10，因此该条件下产品中单质Re的质量分数为eq \f(0.90×186,0.90×186＋0.10×186＋16×3)×100%＝88%。
4. (2023·山东聊城二模)一种利用废催化剂(含TiO2，WO3等)回收金属Ti、W的工艺流程如图所示。
已知：①偏钛酸钠(Na2TiO3)难溶于水；“酸洗”时，Na2TiO3转化为TiOCl2或TiOSO4，水解后得到H2TiO3；
②当溶液中某离子浓度≤1×10－5ml/L时，认为该离子沉淀完全。
请回答下列问题：
(1)为加快“碱浸”的速率，可采取的措施为 将废催化剂粉碎、搅拌或增大NaOH溶液的浓度或加热(任写两条)；“碱浸”时生成偏钛酸钠的离子方程式为 TiO2＋2Na＋＋2OH－===Na2TiO3＋H2O 。
(2)锐钛型和金红石型是TiO2最常见的两种晶体类型，煅烧H2TiO3过程中，TiO2会发生“锐钛型→金红石型”转化，固体质量残留率和晶型转化率随温度变化如图1所示，晶型转化过程中的能量变化如图2所示。设计用“过滤”所得Na2TiO3制备金红石型TiO2的操作方案_用盐酸酸洗Na2TiO3，将生成的TiOCl2充分水解后，过滤、洗涤得到H2TiO3，在950_℃下煅烧H2TiO3至恒重__。
(3)“煅烧”时，TiO2的提取率随时间、温度的变化关系如图，提取TiO2的适宜条件为_30_min、500_℃__。
(4)用固体二氧化钛生产海绵钛的装置如图，其原理是TiO2的氧解离进入熔融盐中而得到金属海绵钛。电解过程中，b极是_正__极，阴极的电极反应式为 TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ 。
(5)将氢氧化钙加入钨酸钠溶液中可得到钨酸钙，已知Ksp(CaWO4)＝4×10－10(ml/L)2，Ksp[Ca(OH)2]＝9×10－7(ml/L)3，当溶液中WOeq \\al(2－,4)沉淀完全时，溶液中c(OH－)最大值为_0.15__ml/L。
【解析】 由题给流程可知，废催化剂加入氢氧化钠溶液碱浸时，二氧化钛与氢氧化钠溶液反应转化为难溶于水的偏钛酸钠，三氧化钨与氢氧化钠溶液反应转化为钨酸钠，过滤得到偏钛酸钠和钨酸钠；向偏钛酸钠中加入盐酸或硫酸溶液酸洗，将偏钛酸钠转化为TiOCl2或TiOSO4，TiOCl2或TiOSO4在溶液中水解生成偏钛酸，过滤得到偏钛酸；偏钛酸煅烧分解生成二氧化钛，电解熔融二氧化钛制得钛；钨酸钠溶液中加入氢氧化钙将钨酸钠转化为钨酸钙沉淀，过滤得到钨酸钙，钨酸钙经多步转化制得钨。(1)将废催化剂粉碎、搅拌、增大氢氧化钠溶液的浓度、加热等措施能加快“碱浸”的速率；“碱浸”时生成偏钛酸钠的反应为二氧化钛与氢氧化钠溶液反应生成难溶于水的偏钛酸钠和水，反应的离子方程式为TiO2＋2Na＋＋2OH－===Na2TiO3＋H2O。(2)由晶型转化过程中的能量变化示意图可知，酸洗时应加入盐酸将偏钛酸钠转化为TiOCl2，TiOCl2充分水解生成偏钛酸，由固体质量残留率和晶型转化率随温度变化的示意图可知，在950 ℃下煅烧偏钛酸至恒重制得高纯二氧化钛，具体操作为用盐酸酸洗偏钛酸钠，将生成的TiOCl2充分水解后，过滤、洗涤得到偏钛酸，在950 ℃下煅烧偏钛酸至恒重制得纯二氧化钛。(3)由图可知，500 ℃时二氧化钛的提取率远高于400 ℃，而800 ℃时的提取率与500 ℃时相比提高不多，从节约能源，降低成本角度考虑，适宜温度为500 ℃，则提取二氧化钛的适宜条件为30 min、500 ℃。(4)由题意可知，电解过程中，b极是电源的正极、a极是负极，与b极相连的高纯二氧化钛为电解池的阴极，二氧化钛在阴极得到电子生成海绵钛和氧离子，电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－。(5)由钨酸钙溶度积可知，溶液中钨酸根离子完全沉淀时，溶液中的钙离子浓度不小于eq \f(4×10－10ml/L2,1×10－5ml/L)＝4×10－5ml/L，由氢氧化钙的溶度积可知，溶液中氢氧根离子浓度不小于eq \r(\f(9×10－7ml/L3,4×10－5ml/L))＝0.15 ml/L。