专题三 元素及其化合物 选择题专攻 4.无机化工微流程分析（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义

这是一份专题三 元素及其化合物 选择题专攻 4.无机化工微流程分析（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义，共10页。试卷主要包含了Fe2O3，Na2CO3等内容，欢迎下载使用。
四线分析法
(1)试剂线：分清各步加入试剂的作用，一般是为了除去杂质或进行目标元素及其化合物间的转化等。
(2)操作线：分离杂质和产品需要进行的分离、提纯操作等。
(3)杂质线：分清各步去除杂质的种类，杂质的去除顺序、方法及条件等。
(4)产品线：工艺流程主线，关注目标元素及其化合物在各步发生的反应或进行分离、提纯的操作方法，实质是目标元素及其化合物的转化。
典例剖析
某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl，工艺流程如图所示。焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，金属活动性：Fe＞(H)＞Bi＞Cu。下列说法错误的是( )
A．通过“联合焙烧”Bi2S3和FeS2分别转化为Bi2O3、Fe2O3
B．“水浸”所得滤液的主要溶质是MnSO4
C．“酸浸”所得滤渣的主要成分是SiO2，气体A为Cl2
D．向“酸浸”所得滤液中加入金属Bi的目的是消耗H＋，促进Bi3＋水解
思路分析
常考原料预处理阶段各操作的目的
1．(2023·湖南，9)处理某铜冶金污水(含Cu2＋、Fe3＋、Zn2＋、Al3＋)的部分流程如下：
已知：①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
②Ksp(CuS)＝6.4×10－36，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。
下列说法错误的是( )
A．“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B．Na2S溶液呈碱性，其主要原因是S2－＋H2OHS－＋OH－
C．“沉淀池Ⅱ”中，当Cu2＋和Zn2＋完全沉淀时，溶液中eq \f(cCu2＋,cZn2＋)＝4.0×10－12
D．“出水”经阴离子交换树脂软化处理后，可用作工业冷却循环用水
2．(2023·辽宁，10)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3，已知焙烧后Cr元素以＋6价形式存在，下列说法错误的是( )
A．“焙烧”中产生CO2
B．滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C．滤液①中Cr元素的主要存在形式为CrOeq \\al(2－,4)
D．淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
3．(2022·山东，12)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下，可能用到的数据见下表。
下列说法错误的是( )
A．固体X主要成分是Fe(OH)3和S；金属M为Zn
B．浸取时，增大O2压强可促进金属离子浸出
C．中和调pH的范围为3.2～4.2
D．还原时，增大溶液酸度有利于Cu的生成
4．(2022·湖南，7)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下：
下列说法错误的是( )
A．不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C．合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D．滤液可回收进入吸收塔循环利用
1．(2023·南京高三下学期考前模拟)实验室以含锌废液(主要成分为ZnSO4，还含有少量的Fe2＋、Mn2＋)为原料制备ZnCO3·2Zn(OH)2的实验流程如下：
下列说法正确的是( )
A．过二硫酸钠(Na2S2O8)中硫元素的化合价为＋7价
B．氧化除锰后的溶液中存在：Na＋、Zn2＋、Fe2＋、SOeq \\al(2－,4)
C．调节pH时试剂X可以选用Zn、ZnO、ZnCO3等物质
D．沉锌时的离子方程式为3Zn2＋＋6HCOeq \\al(－,3)===ZnCO3·2Zn(OH)2↓＋5CO2↑＋H2O
2．(2023·南京师范大学附属中学高三模拟)硫酸钾是一种重要的无氯优质钾肥，利用某高钾明矾石制备硫酸钾的工艺流程如下：
已知：高钾明矾石的主要成分为K2SO4·Al2(SO4)3·2Al2O3·H2O和少量Fe2O3。下列说法正确的是( )
A．焙烧时Al2(SO4)3发生反应的化学方程式为2Al2(SO4)3＋3S===2Al2O3＋9SO3
B．调节pH的目的是使Fe3＋和Al3＋完全沉淀
C．化合物Y可制成铝热剂用于焊接铁轨
D．SO3可回收利用后应用于本流程
3．(2023·江苏省决胜新高考高三大联考)NiSO4·nH2O易溶于水，其水溶液显酸性。从电镀污泥[含Cu(OH)2、Ni(OH)2、Fe(OH)3、Cr(OH)3和SiO2等]中回收制备NiSO4·nH2O和其他金属的工艺流程如图所示。
下列叙述不正确的是( )
A．“酸浸”时，为加快浸出速率，应加入相同体积、稍高浓度的硫酸
B．用惰性电极“电解”后的电解液中主要存在的阳离子有H＋、Ni2＋等
C．“除Fe、Cr”时通入O2更有利于生成Fe(OH)3沉淀
D．NiSO4溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作可得到NiSO4·nH2O
4．(2023·连云港高级中学高三5月模拟)氧化钪(Sc2O3)广泛应用于航天、激光等科学领域。利用钛白酸性废水(含H＋、Sc3＋、Fe2＋等)制备氧化钪的工艺具有较高的经济价值，其流程如图所示。
已知：Sc3＋、Fe2＋均能与P504(用HR表示)发生络合反应，且机理均为Mn＋＋nHRMRn＋nH＋。
下列说法不正确的是( )
A．Sc3＋、Fe2＋与P504的络合能力：Sc3＋＞Fe2＋
B．萃取、反萃取后均可使用分液漏斗分离，有机相均从分液漏斗下口放出
C．“反萃取”时加入NaOH溶液将Sc3＋转化为Sc(OH)3
D．沉钪时能得到Sc2(C2O4)3·6H2O，则焙烧时的化学方程式：2Sc2(C2O4)3·6H2O＋3O2eq \(=====,\s\up7(△))2Sc2O3＋12CO2＋12H2O
5．(2023·连云港高三下学期2月调研)以废弃锌锰干电池(主要成分是Zn和MnO2，还含有少量炭黑)为原料制取ZnSO4、MnSO4溶液，进而得到复合微肥的流程如下：
下列说法正确的是( )
A．浸取时，MnO2与FeS(不溶于水)反应的离子方程式：8MnO2＋2FeS＋16H＋===8Mn2＋＋2SOeq \\al(2－,4)＋2Fe2＋＋8H2O
B．浸取液中主要存在的离子有H＋、Fe3＋、Zn2＋、S2－、Mn2＋、SOeq \\al(2－,4)
C．过滤Ⅱ所得的滤渣为ZnCO3
D．过滤所得ZnSO4、MnSO4溶液中：c(Zn2＋)＋c(Mn2＋)＜c(SOeq \\al(2－,4))
6．(2023·江苏南通统考一模)无水FeCl3常用作芳烃氯代反应的催化剂。以废铁屑(主要成分Fe，还有少量Fe2O3、C和SiO2)制取无水FeCl3的流程如下，下列说法正确的是( )
A．“过滤”所得滤液中大量存在的离子有Fe3＋、Fe2＋、H＋、Cl－
B．“氧化”时可使用新制氯水作氧化剂
C．将“氧化”后的溶液蒸干可获得FeCl3·6H2O
D．“脱水”时加入SOCl2能抑制FeCl3的水解，原因是SOCl2与水反应生成H2SO4和HCl
选择题专攻4 无机化工微流程分析
真题演练
1．D [当pH＝1.9时氢氧化铁开始沉淀，当pH＝3.5时氢氧化铝开始沉淀，当pH＝4时，则会生成氢氧化铝和氢氧化铁，即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3，A正确；硫化钠溶液中的硫离子可以水解，产生氢氧根离子，使溶液显碱性，其第一步水解的方程式为S2－＋H2OHS－＋OH－，B正确；当铜离子和锌离子完全沉淀时，则硫化铜和硫化锌都达到了沉淀溶解平衡，则eq \f(cCu2＋,cZn2＋)＝eq \f(cCu2＋·cS2－,cZn2＋·cS2－)＝eq \f(KspCuS,KspZnS)＝eq \f(6.4×10－36,1.6×10－24)＝4.0×10－12，C正确；“出水”中除含有阴离子外，还含有大量的Na＋、Ca2＋等，故只经阴离子交换树脂软化处理后，不可用作工业冷却循环用水，D错误。]
2．B
3．D [CuS精矿(含Zn、Fe元素的杂质)在高压O2作用下，用硫酸溶液浸取，与CuS反应生成CuSO4、S、H2O，Fe2＋被氧化为Fe3＋，然后加入NH3调节溶液pH，使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀，而Cu2＋、Zn2＋仍以离子形式存在于溶液中，过滤得到的滤渣中含有S、Fe(OH)3；滤液中含有Cu2＋、Zn2＋；然后向滤液中通入高压H2，根据元素活动性：Zn＞H＞Cu，Cu2＋被还原为Cu单质，通过过滤分离出来；而Zn2＋仍然以离子形式存在于溶液中，再经一系列处理可得到Zn单质。经过上述分析可知，固体X的主要成分是S、Fe(OH)3，金属M为Zn，A正确；CuS难溶于硫酸溶液，在溶液中存在沉淀溶解平衡：CuS(s)Cu2＋(aq)＋S2－(aq)，增大O2的浓度，可以消耗S2－，使之转化为S，从而使沉淀溶解平衡正向移动，从而可促进金属离子的浸出，B正确；根据流程图可知，用NH3调节溶液pH时，要使Fe3＋转化为沉淀，而Cu2＋、Zn2＋仍以离子形式存在于溶液中，结合离子沉淀的pH范围，可知中和时应该调节溶液pH的范围为3.2～4.2，C正确；用H2还原Cu2＋变为Cu单质时，H2失去电子被氧化为H＋，若还原时增大溶液的酸度，c(H＋)增大，不利于H2失去电子还原Cu单质，因此不利于Cu的生成，D错误。]
4．C [烟气(含HF)通入吸收塔，加入过量的碳酸钠，发生反应：Na2CO3＋HF===NaF＋NaHCO3，向合成槽中通入NaAlO2，发生反应：6NaF＋NaAlO2＋4NaHCO3===Na3AlF6↓＋4Na2CO3＋2H2O，过滤得到Na3AlF6和含有Na2CO3的滤液。陶瓷的成分中含有SiO2，SiO2能与HF发生反应，因此不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料，故A正确；采用溶液喷淋法可增大反应物的接触面积，提高吸收塔内烟气吸收效率，故B正确；由上述分析知，合成槽内产物主要有Na3AlF6、Na2CO3、H2O，故C错误；滤液的主要成分为Na2CO3，可进入吸收塔循环利用，故D正确。]
考向预测
1．D
2．D [高钾明矾石经粉碎增大接触面积，加入硫粉进行焙烧得到SO2、SO3，加入KOH溶液发生反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－===2AlOeq \\al(－,2)＋H2O，则加入KOH溶液产生的浸渣为Fe2O3，浸液中主要存在的离子为AlOeq \\al(－,2)、K＋、SOeq \\al(2－,4)、OH－，加入溶液X调节溶液pH使AlOeq \\al(－,2)变为Al(OH)3白色沉淀，则溶液X为H2SO4，过滤得到Al(OH)3白色固体，灼烧得到Al2O3，滤液经过蒸发结晶可得到硫酸钾固体。焙烧时Al2(SO4)3发生反应的化学方程式为2Al2(SO4)3＋4S＋6O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2Al2O3＋10SO3，SO3溶于水可制得硫酸。]
3．A [电镀污泥加入的稀硫酸酸浸除去二氧化硅滤渣，滤液电解分离出铜后，加入碳酸钠、通入氧气除去铁、铬，滤液加入萃取剂萃取后得到硫酸镍溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作可制得硫酸镍晶体。“酸浸”时，加入相同体积、稍高浓度的硫酸，硫酸的用量增加，且电解产生硫酸，会增加后续碳酸钠的用量，A错误；惰性电极“电解”时铜离子被还原为铜、水被氧化为氧气和氢离子，则电解液中主要存在的阳离子有H＋、Ni2＋等，B正确；电解过程中铜会和铁离子生成亚铁离子，“除Fe、Cr”时通入O2可以将Fe2＋转化为Fe3＋有利于生成Fe(OH)3沉淀，C正确。]
4．B [由向有机相中加入稀硫酸后Fe2＋先被洗出可知，与P504的络合能力：Sc3＋＞Fe2＋，A正确；煤油的密度小于水的密度，“萃取”时，有机相应从分液漏斗上口倒出，B错误；沉钪时能得到Sc2(C2O4)3·6H2O，则焙烧时与氧气发生氧化还原反应，根据得失电子守恒、原子守恒得2Sc2(C2O4)3·6H2O＋3O2eq \(=====,\s\up7(△))2Sc2O3＋12CO2＋12H2O，D正确。]
5．D [Zn和MnO2在浸取步骤中发生氧化还原反应，锌和硫酸反应生成硫酸锌和氢气、二氧化锰和硫化亚铁反应生成硫酸铁和硫酸锰，炭黑不反应，过滤除去，加碳酸锌调节pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀过滤除去，最终得到硫酸锌和硫酸锰溶液。由分析知二者反应的离子方程式为9MnO2＋2FeS＋20H＋===9Mn2＋＋2SOeq \\al(2－,4)＋2Fe3＋＋10H2O，A错误；浸取液中主要存在的离子有H＋、Fe3＋、Zn2＋、Mn2＋、SOeq \\al(2－,4)，B错误；溶液中存在电荷守恒：c(H＋)＋2c(Zn2＋)＋2c(Mn2＋)＝2c(SOeq \\al(2－,4))＋c(OH－)，又锰离子和锌离子水解使溶液呈酸性：c(H＋)>c(OH－)，所以有2c(Zn2＋)＋2c(Mn2＋)＜2c(SOeq \\al(2－,4))，即c(Zn2＋)＋c(Mn2＋)＜c(SOeq \\al(2－,4))，D正确。]
6．B [废铁屑加入盐酸酸溶，碳、二氧化硅不反应，铁转化为盐溶液，过滤，滤液加入氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子，处理得到FeCl3·6H2O，加入SOCl2脱水得到FeCl3。铁屑主要成分为Fe，铁和铁离子反应生成亚铁离子，故“过滤”所得滤液中大量存在的离子有Fe2＋、H＋、Cl－，A错误；氯气具有氧化性，且不引入新杂质，故“氧化”时可使用新制氯水作氧化剂，B正确；铁离子水解生成氢氧化铁，故不能将“氧化”后的溶液蒸干来获得FeCl3·6H2O，C错误；SOCl2与水反应生成SO2和HCl，D错误。]
研磨、粉碎等
增大反应物的接触面积，增大反应速率，提高原料转化率、利用率、浸取率
灼烧(煅烧、焙烧)
除去有机物；使无机物分解为金属氧化物等，便于后续浸取、溶解
浸取
水浸：分离水溶性和非水溶性的物质
酸浸：溶解金属、金属氧化物、调节pH促进某离子的水解而转化为沉淀
碱浸：除去油污、溶解酸性氧化物、溶解铝及其化合物、调节pH等
物质
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Zn(OH)2
Al(OH)3
开始沉淀pH
1.9
4.2
6.2
3.5
完全沉淀pH
3.2
6.7
8.2
4.6
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Zn(OH)2
开始沉淀pH
1.9
4.2
6.2
沉淀完全pH
3.2
6.7
8.2