盐城市2024届高三化学二轮专题复习讲义（27）-专题七第一讲 化工流程题

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【复习目标】
1．培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。
2．培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。
【重点突破】化学工艺流程题的分析方法和解题策略
【真题再现】
例1．（2023·江苏高考）V2O5－WO3/TiO2催化剂能催化NH3脱除烟气中的NO，反应为
4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)===4N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝-1 632.4 kJ·ml-1。
（1）催化剂的制备。将预先制备的一定量的WO3/TiO2粉末置于80 ℃的水中，在搅拌下加入一定量的NH4VO3溶液，经蒸发、焙烧等工序得到颗粒状V2O5－WO3/TiO2催化剂。在水溶液中 eq VO\\al(－,3)水解为 H3VO4沉淀的离子方程式为________________；反应选用 NH4VO3溶液而不选用NaVO3溶液的原因是_____________________。
（2）催化剂的应用。将一定物质的量浓度的NO、O2、NH3（其余为N2）气体匀速通过装有V2O5－WO3/TiO2催化剂的反应器，测得NO的转化率随温度的变化如题图所示。反应温度在320~360 ℃范围内，NO转化率随温度变化不明显的原因是__________________________________________________；反应温度高于380 ℃，NO转化率下降，除因为进入反应器的NO被还原的量减少外，还有___________（用化学方程式表示）。
（3）废催化剂的回收。回收V2O5－WO3/TiO2废催化剂并制备NH4VO3的过程可表示为
①“酸浸”时，加料完成后，以一定速率搅拌进行反应。提高钒元素浸出率的方法还有__________________。
②通过萃取可分离钒和钨，在得到的钒酸中含有H4V4O12。已知H4V4O12具有八元环结构，其结构式可表示为_____________________________。
③向 pH＝8的NaVO3溶液中加入过量的NH4Cl溶液，生成NH4VO3沉淀。已知：Ksp(NH4VO3)＝1.7×10-3，加过量NH4Cl溶液的目的是________________。
解析：（1）在水溶液中VOeq \\al(－,3)水解为H3VO4 QUOTE 沉淀的离子方程式为VOeq \\al(－,3)+2H2O=== H3VO4+OH- QUOTE ；反应选用NH4VO3 QUOTE 溶液而不选用NaVO3 QUOTE 溶液的原因是制得的催化剂中不含Na+；（2）反应温度在320~360℃范围内，NO转化率随温度变化不明显的原因是此温度范围内，催化剂活性变化不大，消耗NO的反应速率与生成NO的反应速率随温度升高而增大，对NO转化率的影响相互抵消。反应温度高于380℃，NO转化率下降，有可能体系产生了NO，如4NH3+5O2eq \(=========,\s\up7(催化剂),\s\d7(△))4NO+6H2O QUOTE 。
（3）提高钒元素浸出率的方法还有提高反应温度、延长浸出时间，已知H4V4O22 QUOTE 具有八元环结构，且V连有五根共价键，结构式可表示为 。NH4VO3饱和溶液中存在溶解平衡NH4VO3(s)NHeq \\al(＋,4)(aq) + VOeq \\al(－,3)(aq)，加过量NH4Cl溶液有利于增加铵根离子浓度，促进平衡向析出沉淀的方向移动，提高NH4VO3的含量，促进NH4VO3充分沉淀。
答案：（1）VOeq \\al(－,3)+2H2O=== H3VO4+OH-制得的催化剂中不含Na+
（2）在该温度范围内，催化剂活性变化不大，消耗NO的反应速率与生成NO的反应速率随温度升高而增大，对NO转化率的影响相互抵消4NH3+5O2eq \(=========,\s\up7(催化剂),\s\d7(△))4NO+6H2O
（3）①提高反应温度、延长浸出时间 ② ③促进NH4VO3充分沉淀
例2．（2022·江苏高考）实验室以二氧化铈(CeO2)废渣为原料制备Cl－含量少的Ce2(CO3)3，其部分实验过程如下：
（1）“酸浸”时CeO2与H2O2反应生成Ce3+并放出O2，该反应的离子方程式为_______。
（2）pH约为7的CeCl3溶液与NH4HCO3溶液反应可生成Ce2(CO3)3沉淀，该沉淀中Cl－含量与加料方式有关。得到含Cl－量较少的Ce2 (CO3) 3的加料方式为_______(填序号）。
A．将NH4HCO3溶液滴加到CeCl3溶液中
B．将CeCl3溶液滴加到NH4HCO3溶液中
（3）通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程，可制备Cl－含量少的Ce2(CO3)3。已知Ce3+能被有机萃取剂（HA）简称)萃取，其萃取原理可表示为
Ce3+ (水层)+3HA(有机层) Ce (A) 3 (有机层)+3H+ (水层)
①加氨水“中和”去除过量盐酸，使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是_______。
②反萃取的目的是将有机层Ce3+转移到水层。使Ce3+尽可能多地发生上述转移，应选择的实验条件或采取的实验操作有_______（填两项）。
③与“反萃取”得到的水溶液比较，过滤Ce2(CO3)3溶液的滤液中，物质的量减小的离子有_______（填化学式）。
解析：用稀盐酸和过氧化氢溶液酸浸二氧化铈废渣，得到三价铈，加入氨水调节pH后用萃取剂萃取其中的三价铈，增大三价铈浓度，之后加入稀硝酸反萃取其中的三价铈，再加入氨水和碳酸氢铵制备产物。（1）根据信息反应物为CeO2与H2O2，产物为Ce3+和O2，根据电荷守恒和元素守恒可知其离子方程式为：2CeO2+H2O2+6H+===2Ce3++O2↑+4H2O；（2）反应过程中保持CeCl3少量即可得到含Cl－量较少的Ce2 (CO3) 3，选B；（3）①增大碳酸根离子的浓度有助于生成产物，故降低溶液中氢离子的浓度，促进碳酸氢根离子的电离，增大溶液中碳酸根离子的浓度；②根据萃取原理可知，应选择的实验条件是酸性条件，为了使Ce3+尽可能多地发生上述转移，可以采用多次萃取；③“反萃取”得到的水溶液中含有浓度较大的Ce3+，过滤后溶液中Ce3+离子浓度较小，故为Ce3+。
答案：（1）2CeO2+H2O2+6H+===2Ce3++O2↑+4H2O
（2）B
（3）①降低溶液中氢离子的浓度，促进碳酸氢根离子的电离，增大溶液中碳酸根离子的浓度
②酸性条件，多次萃取
③Ce3+
例3．（2023·新课标）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Cr2Oeq \\al(2－,7)存在，在碱性介质中以CrOeq \\al(2－,4) QUOTE 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pH9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”“