2019版高考化学一轮精选教师用书人教通用：第三章金属及其重要化合物微专题强化突破5　无机化学工艺流程题

无机化学工艺流程题

化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，一般具有如下环节：

―→―→―→―→

它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问。考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是高考全国卷命题的热考题型。解题策略如下：

1．(2017·高考海南卷)以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示：

硼镁泥的主要成分如下表：

回答下列问题：

(1)“酸解”时应该加入的酸是________，“滤渣1”中主要含有________。(写化学式)

(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是________________________、________________________。

(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是_____________________________________。

(4)分离“滤渣3”应趁热过滤的原因是______________________________________。

解析：(1)该工艺流程制备的是MgSO4·7H2O，为了不引入杂质，因此所用的酸是硫酸，化学式为H2SO4；根据硼镁泥的成分，SiO2不与硫酸反应，因此滤渣1为SiO2；(2)硼镁泥中含有FeO，与硫酸反应后生成FeSO4，次氯酸钙具有强氧化性，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，氧化镁的作用是调节pH，使Al3＋和Fe3＋以氢氧化物形式沉淀出来，除去Fe3＋和Al3＋；(3)除杂除去的是Fe3＋和Al3＋，因此检验“除杂”基本完成检验滤液中是否存在Fe3＋就行，方法是取少量滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全；(4)趁热过滤是为防止MgSO4·7H2O结晶析出。

答案：(1)H2SO4　SiO2

(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　调节溶液pH，使Fe3＋、Al3＋以氢氧化物的形式沉淀除去　

(3)取少量滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全

(4)防止MgSO4·7H2O结晶析出

2．锌是一种常用金属，冶炼方法有火法和湿法。

Ⅰ.镓(Ga)是火法冶炼锌过程中的副产品，镓与铝同主族且相邻，化学性质与铝相似。氮化镓(GaN)是制造LED的重要材料，被誉为第三代半导体材料。

(1)GaN可由Ga和NH3在高温条件下合成，该反应的化学方程式为_______________。

(2)镓的性质与铝类似，下列有关镓和镓的化合物的说法正确的是________。

A．一定条件下，Ga可溶于盐酸和氢氧化钠

B．常温下，Ga可与水剧烈反应放出氢气

C．Ga2O3可由Ga(OH)3受热分解得到

D．一定条件下，Ga2O3可与NaOH反应生成盐

Ⅱ.工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物)湿法制取金属锌的流程如图所示，回答下列问题：

已知：Fe的活泼性强于Ni。

(3)ZnFe2O4可以写成ZnO·Fe2O3，写出ZnFe2O4与H2SO4反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

(4)净化Ⅰ操作分为两步：第一步是将溶液中少量的Fe2＋氧化；第二步是控制溶液pH，只使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀。净化Ⅰ生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是___________________________________________________。

(5)净化Ⅱ中加入Zn的目的是______________________________________________。

解析：(1)此反应是置换反应：2Ga＋2NH32GaN＋3H2。

(2)根据元素周期律，铝和镓的性质类似，A、C、D项正确，B项错误。

(3)碱性氧化物和酸生成相应的盐和水，所以化学方程式为ZnFe2O4＋4H2SO4===ZnSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O。

(4)氢氧化铁胶体有很强的吸附能力，能吸附溶液中的悬浮物，从而形成沉淀。

(5)锌比铜、镍活泼，加入锌将Cu2＋、Ni2＋置换出来，提高产品的纯度。

答案：(1)2Ga＋2NH32GaN＋3H2

(2)ACD

(3)ZnFe2O4＋4H2SO4===ZnSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O

(4)Fe(OH)3胶体具有强吸附性

(5)使Cu2＋、Ni2＋转化为Cu、Ni而除去

3．(2016·高考全国卷Ⅲ，28，14分)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为___________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是__________。

(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。

(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有________________________________________________________________________。

(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。

(5)“流出液”中阳离子最多的是________。

(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：________________________________________________________________。

解析：(1)反应过程中V的化合价不变，所以是复分解反应。注意V2O5在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，成为废渣1的主要成分。(2)3 mol VO2＋变为VO，共失去3 mol电子，而1 mol ClO变为Cl－得到6 mol电子，所以需要0.5 mol氯酸钾。(3)中和时，Fe3＋、Al3＋分别转化为难溶的 Fe(OH)3和Al(OH)3，成为废渣2的主要成分。(4)为提高洗脱效率，需使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(5)经过“离子交换”，钒以R4V4O12形式存在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。(6)由NH4VO3转化为V2O5，V的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N的化合价仍为－3，一种生成物是NH3，另一种生成物必定是H2O。

答案：(1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2

(2)0.5

(3)Fe(OH)3和Al(OH)3

(4)碱

(5)K＋

(6)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑

1．高纯度氧化铝有广泛的用途，某研究小组用以下流程制取高纯度氧化铝：

根据上述流程图填空：

(1)“除杂”操作是先加入过氧化氢充分反应后，再用氨水调节溶液的pH，使硫酸铵溶液中的少量Fe2＋氧化为Fe3＋并进一步转化为Fe(OH)3从而除去Fe2＋，则Fe2＋酸性条件下氧化为Fe3＋的离子方程式为_____________________________________________________。

(2)配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是________________________。

(3)“分离”操作的名称是________(填字母代号)。

A．蒸馏 B．分液　　　　

C．过滤

(4)铵明矾晶体的化学式为NH4Al(SO4)2•12H2O，铵明矾属于________(填“纯净物”或“混合物”)，在0.1 mol/L铵明矾的水溶液中，浓度最大的离子是________。

(5)热分解中发生如下反应：6NH4Al(SO4)23Al2O3＋2NH3 ↑＋2N2 ↑＋6SO2 ↑＋6SO3 ↑＋9H2O，当生成1 mol Al2O3时转移电子的物质的量为________mol。

解析：(1)H2O2溶液具有强氧化性，可以氧化亚铁离子生成铁离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。

(2)由于铝离子在溶液中能发生水解生成氢氧化铝，所以加入硫酸酸化，抑制铝离子的水解。

(3)把晶体从混合物中“分离”操作的名称是过滤。

(4)铵明矾晶体的化学式为NH4Al(SO4)2·12H2O，铵明矾有固定的组成，属于纯净物；在0.1 mol/L铵明矾的水溶液中，未水解前，c(Al3＋)＝c(NH)＝0.1 mol/L，由于铵根和铝离子均水解，水解结合水电离出的氢氧根，水解后浓度均小于0.1 mol/L，c(SO)＝0.2 mol/L，所以在0.1 mol/L铵明矾的水溶液中，浓度最大的离子是SO。

(5)该反应中N元素化合价由－3价变为0价、S元素化合价由＋6价变为＋4价，6NH4Al(SO4)23Al2O3＋2NH3↑＋2N2↑＋6SO2↑＋6SO3↑＋9H2O，转移12e－，所以当生成1 mol Al2O3时转移电子的物质的量为4 mol。

答案：(1)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋ === 2Fe3＋＋2H2O

(2)抑制Al3＋水解

(3)C

(4)纯净物　SO

(5)4

2．α­铁纳米粉在现代电子工业上用途极为广泛，用赤铁矿石(含Fe2O3、FeO，也含有Al2O3、MnO2、CuO等)制备纳米铁颗粒的实验流程如下：

已知部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下：

(1)步骤②中用pH试纸测定溶液pH的操作是_________________________________。

步骤②滤液b中含有的金属阳离子是____________________________________，步骤④中碾碎的目的是___________________________________。

(2)将第①步过滤所得的MnO2与KClO3、KOH溶液共热，可得到K2MnO4，此反应的化学方程式是___________________________________________________。

(3)步骤③灼烧所需的仪器有酒精灯、三脚架、_______________________________。

(4)若步骤⑤是利用电弧加热使金属熔融蒸发成蒸气，使大量颗粒状烟灰尘与周围X气体原子激烈碰撞进行充分的能量交换和电荷交换生成α­Fe，X气体可以为________。

a．O2　　　　 b．N2

c．He   d．H2

(5)“纳米铁”在空气中受撞击时会燃烧，其反应与铁在纯氧中燃烧相同，写出该反应的化学方程式：______________________________________________________________。

解析：(1)Fe2O3、FeO、Al2O3、CuO与稀硫酸反应，滤液a中金属阳离子为Cu2＋、Al3＋、Fe2＋、Fe3＋，加双氧水将Fe2＋氧化为Fe3＋。根据阳离子沉淀时pH数据，可知控制pH＝4时，铁离子已全部变成Fe(OH)3沉淀，滤液b中金属阳离子主要为Cu2＋、Al3＋。(2)MnO2与KClO3、KOH溶液共热，MnO2作还原剂生成K2MnO4，KClO3作氧化剂生成KCl。(3)灼烧需酒精灯、三脚架、泥三角、坩埚、坩埚钳。

答案：(1)将一小块pH试纸放在洁净的表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液，点在pH试纸中央，再与标准比色卡对照　Cu2＋、Al3＋　增大接触面积，加快反应速率

(2)3MnO2＋6KOH＋KClO33K2MnO4＋KCl＋3H2O

(3)泥三角、坩埚、坩埚钳

(4)c　(5)3Fe＋2O2Fe3O4

3．铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

(1)固体a的化学式为________，Ⅲ中通入足量CO2气体生成沉淀的离子方程式为

________________________________________________________________________。

(2)由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为________________________，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为______(填操作名称)、冷却结晶、过滤洗涤。

(3)以1 000 kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2(SO4)3，需消耗质量分数为98%的硫酸(密度为1.84 g·cm－3)________L(保留一位小数)。

(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为________。

解析：(1)铝土矿中Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸，所以固体a的化学式为SiO2。AlCl3与过量烧碱反应生成NaAlO2溶液，向其中通入足量CO2生成Al(OH)3 沉淀。

(2)Al(OH)3分解生成Al2O3，Al2O3与稀硫酸反应后通入NH3生成铵明矾溶液。

(3)m(Al2O3)＝1 000 kg×36%＝360 kg，m(H2SO4)＝×3×98 g·mol－1＝1 037.6 kg，需消耗质量分数98%的硫酸(密度为1.84 g·cm－3)的体积为＝575.4×103 mL＝575.4 L。

(4)设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2·12H2O的物质的量都是1 mol，则Al3＋共3 mol，SO共5 mol，根据铝元素和SO守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为∶5＝3∶10。

答案：(1)SiO2　AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓

(2)Al2O3＋4H2SO4＋2NH3===2NH4Al(SO4)2＋3H2O　蒸发浓缩

(3)575.4　(4)3∶10

4．硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]是一种重要的工业原料，能溶于水，不溶于乙醇，其工业制法如下。请回答：

(1)步骤①中碱液洗涤的目的是__________________________________________。

若将碱液换为酸液，可能产生的问题是__________________________________。

(2)步骤②中B可以是________(填字母)，加入少量B的目的是______________。

a．CuCl2   b．CuO

c．Cu(NO3)2   d．CuSO4

(3)步骤⑥中要用到少量乙醇洗涤，其目的是_________________________________。

(4)用硫酸亚铁铵晶体配制溶液时，需加入一定量硫酸，目的是_________________。工业上常用酸性KMnO4溶液通过滴定的方法测定硫酸亚铁铵样品的纯度，反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

准确量取硫酸亚铁铵溶液时，硫酸亚铁铵溶液应盛放于________(填“酸式”或“碱式”)滴定管中。

(5)硫酸亚铁铵晶体的样品中可能含有的杂质离子是________，实验室的检验方法是

________________________________________________________________________。

解析：(1)油脂在碱性条件下会发生水解反应，产生可溶性的物质，而且Zn可以与强碱溶液发生反应，实验步骤①中碱液洗涤的目的是除去油污和锌层；若将碱液换为酸液，油脂在酸性条件下水解程度小，Zn、Fe都会发生反应，实验可能产生的问题是导致铁部分损失及油污未除净。(2)带油污的镀锌铁片被NaOH溶液洗涤后得到纯净的Fe，Fe与稀硫酸会发生置换反应产生FeSO4和H2，若向其中加入少量的CuO，CuO与稀硫酸反应产生CuSO4，Fe与CuSO4发生置换反应产生的Cu单质与铁及稀硫酸就会构成原电池，使反应速率加快，加入CuSO4也可以直接与Fe发生置换反应产生Cu，然后与Fe及稀硫酸构成原电池，加快反应速率，而CuCl2会引入杂质Cl－，使物质不纯；Cu(NO3)2在酸性条件下具有强氧化性，不能得到FeSO4，也就不能达到实验目的，故正确选项是bd；加入少量B的目的是加快铁与稀硫酸的反应速率。(3)从溶液中获得的硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]表面有一定量的水，为了尽快去除水分，同时避免硫酸亚铁铵晶体因溶解而损失，在步骤⑥中要用到少量乙醇洗涤，加快水的挥发。(4)硫酸亚铁铵是强酸弱碱盐，容易发生水解反应，为了抑制盐的水解，根据盐的水解规律，在用硫酸亚铁铵晶体配制溶液时，需加入一定量硫酸；酸性KMnO4溶液具有强氧化性，会把Fe2＋氧化为Fe3＋，MnO被还原为Mn2＋，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得反应的离子方程式：MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O；硫酸亚铁铵是强酸弱碱盐，容易发生水解反应使溶液显酸性，所以准确量取硫酸亚铁铵溶液时，硫酸亚铁铵溶液应盛放于酸式滴定管中。(5)Fe2＋具有还原性，容易被氧化产生Fe3＋，所以在制取得到的硫酸亚铁铵晶体的样品中可能含有的杂质离子是Fe3＋，实验室的检验方法是取少许样品加入到KSCN溶液中，观察溶液是否变红，若有红色产生，就证明含有Fe3＋，否则不含Fe3＋。

答案：(1)除去油污和锌层　铁部分损失及油污未除净

(2)bd　加快铁与稀硫酸的反应速率

(3)除去少量水并避免硫酸亚铁铵晶体因溶解而损失

(4)避免样品水解　MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O　酸式

(5)Fe3＋(或铁离子)　取少许样品加入到KSCN溶液中，观察溶液是否变红