2025届高考化学一轮总复习真题演练第9章水溶液中的离子反应与平衡第47讲无机化工流程题

这是一份2025届高考化学一轮总复习真题演练第9章水溶液中的离子反应与平衡第47讲无机化工流程题，共5页。试卷主要包含了Ni、C均是重要的战略性金属，铬和钒具有广泛用途等内容，欢迎下载使用。

已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2＋、C2＋、C3＋与NH3形成可溶于水的配离子；lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7；C(OH)2易被空气氧化为 C(OH)3；部分氢氧化物的Ksp见下表。
请回答下列问题：
(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为___________。
(2)常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，c(NH3·H2O)________c(NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) )(填“>”“<”或“＝”)。
(3)“氨浸”时，由C(OH)3转化为[C(NH3)6]2＋的离子方程式为______。
(4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。
①NH4Al(OH)2CO3属于________(填“晶体”或“非晶体”)。
②(NH4)2CO3提高了Ni、C的浸取速率，其原因是______________________。
(5)“析晶”过程中通入的酸性气体A为________。
(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得HNO3溶液中 n(HNO3)与 n(H2O)的比值，理论上最高为________。
②“热解”对于从矿石提取Ni、C工艺的意义，在于可重复利用HNO3和__________(填化学式)。
解析：硝酸浸取液(含Ni2＋、C2＋、Al3＋、Mg2＋)中加入活性氧化镁调pH至9.0，过滤，得到滤液1，主要成分是硝酸镁，“结晶纯化”得到硝酸镁晶体，再“热解”得到氧化镁和硝酸。滤泥加入氨性溶液“氨浸”，过滤，将滤液2进行“镍钴分离”，得到氯化钴和饱和氯化镍溶液，向饱和氯化镍溶液中通入氯化氢气体析出氯化镍晶体。
(1)活性MgO可与水反应生成Mg(OH)2，化学方程式为MgO＋H2O===Mg(OH)2。(2)常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7，Kb(NH3·H2O)＝10－4.7＝ eq \f(c(NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) )·c(OH－),c(NH3·H2O)) ， eq \f(c(NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ),c(NH3·H2O)) ＝ eq \f(10－4.7,c(OH－)) ＝ eq \f(10－4.7,10－4.1) ＝10－0.6<1，故c(NH3·H2O)＞c(NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) )。(3)“氨浸”时，C(OH)3 与氨性溶液反应生成[C(NH3)6]2＋，C元素化合价降低，SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 中S元素化合价升高生成SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，结合得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可配平离子方程式：2C(OH)3＋12NH3·H2O＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ===2[C(NH3)6]2＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋13H2O＋4OH－或2C(OH)3＋8NH3·H2O＋4NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ===2[C(NH3)6]2＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋13H2O。(4)①X射线衍射图谱中出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰，说明NH4Al(OH)2CO3 属于晶体。②根据题意(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物可知，(NH4)2CO3能提高Ni、C的浸取速率的原因是减少了胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积。(5)“析晶”得到NiCl2·4H2O，为了不引入杂质并抑制Ni2＋水解，通入的酸性气体A应为HCl。(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，即晶体A为Mg(NO3)2·6H2O，根据 Mg(NO3)2＋2H2O⇌Mg(OH)2＋2HNO3，Mg(OH)2 eq \(=====,\s\up7(△)) MgO＋H2O，还剩余5个水分子，因此所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O) 的比值理论上最高为0.4。②“热解”对于从矿石提取Ni、C工艺的意义，在于可重复利用HNO3和MgO。
答案：(1)MgO＋H2O===Mg(OH)2 (2)＞
(3)2C(OH)3＋12NH3·H2O＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ===2[C(NH3)6]2＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋13H2O＋4OH－{或2C(OH)3＋8NH3·H2O＋4NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ===2[C(NH3)6]2＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋13H2O}
(4)①晶体 ②减少了胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积 (5)HCl
(6)①0.4 ②MgO
2．(2023·高考新课标卷)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示：
已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 存在，在碱性介质中以CrO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 存在。
回答下列问题：
(1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为__________(填化学式)。
(2)水浸渣中主要有SiO2和________。
(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是________。
(4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果。若pH<9时，会导致___________；pH>9时，会导致_____________________________________________。
(5)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀。V2O5在pH<1时，溶解为VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) 或VO3＋；在碱性条件下，溶解为VO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 或VO eq \\al(\s\up1(3－),\s\d1(4)) 。上述性质说明V2O5具有________(填标号)。
A．酸性B．碱性
C．两性
(6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为___________________________________________________________________。
解析：(1)根据已知条件可知，最高价铬酸根在碱性介质中以CrO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 存在，故煅烧后含铬化合物主要为Na2CrO4。(2)煅烧时通入空气，含铁化合物转化为Fe2O3，且Fe2O3不溶于水，故水浸渣中还含有Fe2O3。(3)“沉淀”步骤加入稀H2SO4调pH到弱碱性是为了使[Al(OH)4]－转化为Al(OH)3沉淀而除去。(4)体系中存在平衡MgNH4PO4(s)⇌Mg2＋(aq)＋NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) (aq)＋PO eq \\al(\s\up1(3－),\s\d1(4)) (aq)，当pH<9时，PO eq \\al(\s\up1(3－),\s\d1(4)) ＋H＋⇌HPO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，c(PO eq \\al(\s\up1(3－),\s\d1(4)) )降低，平衡正向移动，不利于生成MgNH4PO4沉淀；而pH>9时Mg2＋会形成Mg(OH)2沉淀，原料利用率低。(5)根据题干描述，V2O5既可与酸反应生成盐和水，又可与碱反应生成盐和水，故V2O5具有两性。(6)分离钒后溶液呈酸性，Cr元素以Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 存在，还原过程中Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 被S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(5)) 还原为Cr3＋，S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(5)) 转化为SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，因此反应的离子方程式为2Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) ＋3S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(5)) ＋10H＋===4Cr3＋＋6SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋5H2O，之后调pH，Cr3＋转化为Cr(OH)3。
答案：(1)Na2CrO4 (2)Fe2O3 (3)Al(OH)3 (4)溶液中c(PO eq \\al(\s\up1(3－),\s\d1(4)) )降低，不利于生成MgNH4PO4沉淀 Mg2＋形成 Mg(OH)2沉淀 (5)C (6)3S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(5)) ＋2Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) ＋10H＋===6SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋4Cr3＋＋5H2O
3．(2023·新高考山东卷)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下：
已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相关化合物的溶解度与温度的关系如下图所示。
(1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O⇌H＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10 ml·L－1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为______________________，该溶液pH＝______________________________________________________。
(2)滤渣Ⅰ的主要成分是______________(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中Li＋的浓度为2.0 ml·L－1，则常温下精制Ⅱ过程中CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 浓度应控制在________ml·L－1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加____________(填化学式)的用量。
(3)精制Ⅱ的目的是_____________；进行操作X时应选择的试剂是___________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致_______________________________。
解析：(1)[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3 和[B(OH)4]－，根据原子守恒和电荷守恒可配平其水解反应的离子方程式：[B4O5(OH)4]2－＋5H2O⇌2B(OH)3＋2[B(OH)4]－。该溶液中c[B(OH)3]＝c{[B(OH)4]－}，根据 B(OH)3在水中存在平衡B(OH)3＋
H2O⇌H＋＋[B(OH)4]－ Ka＝ eq \f(c(H＋)·c{[B(OH)4]－},c[B(OH)3]) ＝10－9.24知，c(H＋)＝10－9.24 ml·L－1，pH＝－lg 10－9.24＝9.24。(2)加入生石灰是为了除去水浸后滤液中残留的Mg2＋、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，故滤渣Ⅰ的主要成分为 Mg(OH)2、CaSO4；精制Ⅱ加入纯碱的目的是沉淀Ca2＋而不沉淀Li＋，根据 Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2、精制Ⅰ后溶液中c(Li＋)＝2.0 ml·L－1知，应控制c(CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) )< eq \f(Ksp(Li2CO3),c2(Li＋)) ＝ eq \f(2.2×10－2,2.02) ml·L－1＝0.005 5 ml·L－1。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl(可与CaO反应)外，还会增加生石灰的用量。(3)精制Ⅰ加入的生石灰过量，精制Ⅱ加入纯碱(过量)的目的是除去溶液中Ca2＋，操作X是为了除去过量的碳酸钠，结合“浓缩”时得到NaCl可知，加入的试剂为盐酸，若不进行该操作而直接浓缩，由于Na2CO3水解使溶液呈碱性，则会有LiOH析出。
答案：(1)[B4O5(OH)4]2－＋5H2O⇌2B(OH)3＋2[B(OH)4]－ 9.24
(2)Mg(OH)2、CaSO4 0.005 5 CaO
(3)除去溶液中Ca2＋ 盐酸 有LiOH析出氢氧
化物
C(OH)2
C(OH)3
Ni(OH)2
Al(OH)3
Mg(OH)2
Ksp
5.9×
10－15
1.6×
10－44
5.5×
10－16
1.3×
10－33
5.6×
10－12