高考化学专题复习 跟踪检测（五十） 化学工艺流程（含解析）

跟踪检测（五十）  化学工艺流程

1．(2020·保定模拟)某含砷(As)的有毒工业废水经如图流程转化为粗As2O3。已知：亚砷酸钙微溶于水，砷酸钙难溶于水。

(1)砷是氮的同族元素，且比氮多2个电子层，则AsH3的电子式为____________。

(2)“碱浸”的目的是将废水中的H3AsO3和H3AsO4转化为盐，H3AsO4转化为Na3AsO4的离子方程式为________________。

(3)加入试剂1的目的是____________________。

(4)“沉砷”是将砷元素转化为Ca5(AsO4)3OH沉淀，发生的主要反应有：

A．Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)　ΔH<0

B．5Ca2＋(aq)＋OH－(aq)＋3AsO(aq)Ca5(AsO4)3OH(s)　ΔH>0

资料表明：“沉砷”的最佳温度是85 ℃，温度高于85 ℃，随温度升高沉淀率下降，从平衡移动角度分析其原因是________________。

(5)流程中不“沉砷”直接“酸化”的弊端是___________________________________。

(6)通过对H3AsO3溶液进行加热，再过滤可制得粗As2O3。As2O3在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度(S)曲线如图所示。为提高粗As2O3的沉淀率，则“结晶”过程应控制的最佳条件是___________________________________________________________。

(7)从绿色化学和综合利用的角度考虑，滤液2需要处理，其方法是______________。

解析：(1)As与N同主族，可根据NH3的电子式写出AsH3的电子式为 (2)根据元素周期律知，H3AsO4的酸性比H3PO4弱，即H3AsO4为弱酸，书写离子方程式时不能拆写，则H3AsO4转化为Na3AsO4的离子方程式为H3AsO4＋3OH－===AsO＋3H2O。(3)碱浸后溶液中的溶质有Na3AsO4和Na3AsO3，由题给条件亚砷酸钙微溶于水，砷酸钙难溶于水，可知需要加入试剂1将Na3AsO3氧化为Na3AsO4。(4)由题给反应A可知，该反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，c(Ca2＋)和c(OH－)都减小，从而使反应B的平衡逆向移动，不利于Ca5(AsO4)3OH的生成。(5)“沉砷”是砷的富集过程，如果不“沉砷，”直接“酸化”，则需要试剂的量增大，原料的利用率降低。(6)由题给曲线图可知25 ℃、硫酸浓度约为7 mol·L－1时As2O3的溶解度最小。(7)经分析可知滤液2的主要成分是H2SO4，可将滤液2加入到“酸化”环节，循环利用。

答案：(1) (2)H3AsO4＋3OH－===AsO＋3H2O　(3)将AsO氧化为AsO　(4)A反应的ΔH<0，升温促使A反应的平衡向左移动，c(Ca2＋)和c(OH－)减小，从而导致B反应的平衡向左移动　(5)不经过富集，需要试剂的量增大，原料的利用率降低(合理即可)　(6)硫酸浓度约为7 mol·L－1，反应温度为25 ℃　(7)将滤液2输入“酸化”环节，循环利用

2．(2019·陕西渭南质检(二)某兴趣小组用废旧镀锌铁皮按下列流程制备七水硫酸锌(ZnSO4·7H2O)。

金属离子形成氢氧化物沉淀的pH如下表所示。

请回答下列问题：

(1)为提高镀锌铁皮中金属离子的浸出率，除了可适当增加稀硫酸的浓度外，还可以采取的措施有________(任写一条)。

(2)步骤Ⅱ中需加入过量H2O2，请用离子方程式表示H2O2的作用__________________。

(3)步骤Ⅲ中调节pH的范围为________， 调节pH宜选用的试剂为________(填标号)。

A．稀硫酸　　　　　　 B．氢氧化锌

C．氢氧化钠  D．氧化锌

(4)检验步骤Ⅲ所得滤液中是否含有Fe3＋可采用的实验方法是_____________________。

(5)步骤Ⅴ中，某同学采用不同降温方式进行冷却结晶，测得ZnSO4·7H2O颗粒大小分布如图所示。根据该实验结果，为了得到颗粒大小相对均一的较大晶粒，宜选择________(填标号)方式进行冷却结晶。

A．快速降温　　　 B．缓慢降温　　　C．变速降温

解析：由题给流程图可知，镀锌铁皮中加入稀硫酸，锌和铁与稀硫酸反应生成硫酸锌和硫酸亚铁，过滤得到含有硫酸锌和硫酸亚铁的滤液；向滤液中加入过量双氧水，双氧水将亚铁离子氧化为铁离子，加入氢氧化锌或氧化锌调节溶液pH使铁离子转化为沉淀而除去，过滤得到含有硫酸锌的滤液；由第(5)问可知，控制蒸发温度、冷却结晶得到粗硫酸锌晶体；粗硫酸锌晶体通过重结晶操作获得七水硫酸锌晶体。(1)为提高镀锌铁皮中金属离子的浸出率，除了可适当增加稀硫酸的浓度外，还可以采取加热升高反应温度、粉碎镀锌铁皮或搅拌等措施。(2)步骤Ⅱ中加入过量H2O2的目的是将亚铁离子氧化为铁离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(3)由表格可知，步骤Ⅲ中加入氢氧化锌或氧化锌调节溶液的pH范围为3.8≤pH<6.4时，可以使Fe3＋完全沉淀而又不使Zn2＋沉淀。(4)检验步骤Ⅲ所得滤液中是否含有Fe3＋，应选用KSCN溶液，操作方法为取少量滤液，向其中滴加KSCN溶液，若滤液变为红色，则说明滤液中含有Fe3＋，否则不含Fe3＋。(5)结合题图可知在变速降温的情况下得到的颗粒较大，答案选C。

答案：(1)将镀锌铁皮粉碎或加热或搅拌(任写一条即可)　(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　(3)3.8≤pH<6.4　BD　(4)取少量滤液，向其中滴加KSCN溶液，若滤液变为红色，则说明滤液中含有Fe3＋，否则不含Fe3＋　(5)C

3．(2019·河南六市联考)金属铼熔点高、耐磨、耐腐蚀，广泛用于航天航空等领域。工业上用富铼渣(含ReS2)制得铼粉，其工艺流程如图1所示：

回答下列问题：

(1)图2是矿样粒度与铼浸出率关系图，浸出时应将富铼渣粉碎至________目；请给出提高铼浸出率的另外两种方法______________________________。浸出反应中ReS2转化为两种强酸，请写出铼浸出反应的离子方程式__________________________。

(2)图3表示萃取液流速与铼吸附率关系。结合实际工业生产效益，萃取液流速宜选用的范围是________BV·h－1。

(3)已知高铼酸铵微溶于冷水，易溶于热水。提纯粗高铼酸铵固体的方法是________。

(4)高铼酸铵热分解得到Re2O7，写出氢气在800 ℃时还原Re2O7制得铼粉的化学方程式____________________________________。

(5)整个工艺流程中可循环利用的物质有H2SO4、________、________。

解析：(1)根据矿样粒度与浸出率关系图，富铼渣粉碎至120目，浸出率可以达到95%；升高温度、搅拌可以加快反应速率，所以适当升高温度、搅拌能提高铼浸出率；浸出反应中ReS2被H2O2氧化为高铼酸和H2SO4两种强酸，反应的离子方程式是2ReS2＋19H2O2===2ReO＋4SO＋14H2O＋10H＋。(2)增大萃取液流速、提高铼吸附率可以提高生产效益，根据萃取液流速与铼吸附率关系图，为提高生产效益，萃取液流速宜选用的范围是6～8 BV·h－1。(3)高铼酸铵微溶于冷水，易溶于热水，所以用重结晶法提纯。(4)氢气在800 ℃时还原Re2O7生成铼粉和水，化学方程式是Re2O7＋7H22Re＋7H2O。(5)R3N·HReO4溶液用氨水反萃取可得到含R3N的有机溶液，高铼酸铵热分解可以生成氨气，所以工艺流程中可循环利用的物质除H2SO4外，还有NH3、含R3N的有机溶液。

答案：(1)120　适当升高温度、搅拌(答案合理即可)　2ReS2＋19H2O2===2ReO＋4SO＋14H2O＋10H＋　(2)6～8　(3)重结晶　(4)Re2O7＋7H22Re＋7H2O　(5)NH3　含R3N的有机溶液

4．(2020·银川模拟)三氧化二钴主要用作颜料、釉料及磁性材料，利用铜钴矿石制备Co2O3的工艺流程如图1。

已知：铜钴矿石主要含有CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等。

请回答下列问题：

(1)“浸泡”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是______________(写出2种即可)。

(2)“浸泡”过程中，加入Na2SO3溶液的主要作用是_____________________________

________________________________________________________________________。

(3)向“沉铜”后的滤液中加入NaClO3溶液，写出滤液中的金属离子与NaClO3反应的离子方程式________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)温度、pH对铜、钴浸出率的影响如图2、图3所示：

①“浸泡”铜钴矿石的适宜条件为______________。

②图3中pH增大时铜、钴浸出率下降的原因可能是____________________________。

(5)CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3的化学方程式是_________________。

(6)一定温度下，向滤液A中加入足量的NaF溶液可将Ca2＋、Mg2＋沉淀而除去，若所得滤液B中c(Mg2＋)＝1.0×10－5mol·L－1，则滤液B中c(Ca2＋)为__________。[已知该温度下Ksp(CaF2)＝3.4×10－11，Ksp(MgF2)＝7.1×10－11]

解析：往铜钴矿石中加入过量稀硫酸和Na2SO3溶液，“浸泡”后溶液中含有Co2＋、Cu2＋、Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋，加入Na2SO3溶液主要是将Co3＋、Fe3＋还原为Co2＋、Fe2＋，“沉铜”后先加入NaClO3溶液将Fe2＋氧化为Fe3＋，再加入Na2CO3溶液调节pH使Fe3＋沉淀，过滤后所得滤液A主要含有Co2＋、Mg2＋、Ca2＋，再用NaF溶液除去钙离子、镁离子，过滤后，向滤液B中加入浓Na2CO3溶液使Co2＋转化为CoCO3固体，向CoCO3固体中先加盐酸，再加草酸铵溶液得到二水合草酸钴，煅烧后制得Co2O3。(1)“浸泡”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法有升温、粉碎矿石、适当增加稀硫酸的浓度等。(2)Na2SO3具有较强的还原性，加过量的Na2SO3溶液可将Co3＋和Fe3＋还原为Co2＋及Fe2＋。(3)由图1可知，“沉铜”后加入NaClO3溶液时，Co2＋并未被氧化，被氧化的是Fe2＋，反应的离子方程式为ClO＋6Fe2＋＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O。(4)①根据图2、图3可知，“浸泡”铜钴矿石的适宜条件是温度为65 ℃～75 ℃及pH为0.5～1.5。②图3反映的是pH变化对铜、钴浸出率的影响，“浸泡”过程是利用H＋和CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3发生反应以浸出金属离子，当pH逐渐增大时，H＋的浓度减小，铜、钴浸出率降低。(5)CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3的化学方程式为4CoC2O4·2H2O＋3O22Co2O3＋8CO2＋8H2O。(6)c(Ca2＋)＝×c(Mg2＋)＝×1.0×10－5mol·L－1≈4.8×10－6 mol·L－1。

答案：(1)升温、粉碎矿石、适当增加稀硫酸的浓度(写出2种即可)

(2)将Co3＋、Fe3＋还原为Co2＋、Fe2＋

(3)ClO＋6Fe2＋＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O

(4)①温度为65 ℃～75 ℃、pH为0.5～1.5　②pH升高后溶液中c(H＋)下降，溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力降低

(5)4CoC2O4·2H2O＋3O22Co2O3＋8CO2＋8H2O　(6)4.8×10－6 mol·L－1

5．(2019·广州模拟)镁及其化合物有着广泛用途。工业上以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含SiO2以及少量FeCO3等杂质)为原料制备纳米氧化镁的实验流程如下：

(1)加入H2O2氧化时，发生反应的离子方程式为________________。

(2)在实验室煅烧滤渣2需要的仪器除酒精灯、三脚架、玻璃棒、泥三角以外，还需要____________________________(填名称)。

(3)一定条件下CO(NH2)2可与H2O反应生成CO2和一种弱碱，该反应的化学方程式为___________________________________________________________________________。

(4)工业上还可用氯化镁和碳酸铵为原料，采用直接沉淀法制备纳米MgO。取少量制得的该物质分散于某种液体溶剂中(两者不反应)，能说明纳米MgO存在的简单方法是________________________。如图为反应温度对纳米MgO产率和粒径的影响，据图分析反应的最佳温度为________。

(5)所加H2SO4不宜过量太多的原因是________________________________________。

(6)主要副产品是______________________。

解析：(1)在酸性条件下，H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(2)在实验室煅烧Fe(OH)3要用到酒精灯、三脚架、玻璃棒、泥三角、坩埚和坩埚钳。(3)根据题中信息，结合原子守恒可知，CO(NH2)2与H2O反应生成的弱碱为NH3·H2O，据此可写出CO(NH2)2与H2O反应的化学方程式。(4)将纳米MgO分散于某种液体溶剂得到的分散系属于胶体，故可根据胶体具有丁达尔效应进行判断。根据图像可判断，50 ℃时纳米MgO的产率最高，粒径较小，温度高于50 ℃，产率降低，粒径变化不大，故可得出反应的最佳温度为50 ℃。(5)酸溶时H2SO4不宜过量太多，原因是避免调pH≈4时消耗过多的氨水。(6)分析流程图知，主要副产物为(NH4)2SO4。

答案：(1)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

(2)坩埚、坩埚钳

(3)CO(NH2)2＋3H2OCO2↑＋2NH3·H2O

(4)用一束光照射该分散系，在侧面会看到一条光亮的通路(或该分散系能产生丁达尔效应)　50 ℃

(5)避免调pH时，消耗过多的氨水

(6)硫酸铵(或(NH4)2SO4)

6．(2019·沈阳模拟)氯化亚锡用途广泛，在无机工业中用作还原剂。在口腔护理行业中，二水氯化亚锡多用于防龋齿脱敏类牙膏中，以预防龋齿的发生。某研究小组制取二水氯化亚锡的工艺流程如图1所示：

查阅资料：

Ⅰ.酸性条件下，锡在水溶液中有Sn2＋、Sn4＋两种主要存在形式，Sn2＋易被氧化。

Ⅱ.SnCl2易水解生成碱式氯化亚锡。

回答下列问题：

(1)四氯化锡暴露于空气中与空气中水分反应生成白烟，有强烈的刺激性气味，生成偏锡酸(H2SnO3)，写出该反应的化学方程式________________________。

(2)将金属锡熔融，然后泼入冷水，激成锡花，其目的是________。

(3)在制备二水氯化亚锡时，温度对锡的转化率的影响如图2所示，则该反应需控制的温度范围为____________℃。

(4)反应原料中盐酸浓度对产品结晶率的影响如图3所示，则盐酸浓度应控制的范围为________________________，原因是______________________________。

(5)反应釜中发生反应的化学方程式为________________________________。

(6)该小组通过下列方法测定所用锡粉的纯度(杂质不参与反应)：

①将该试样溶于盐酸，发生反应为Sn＋2HCl===SnCl2＋H2↑；

②加入过量FeCl3溶液；

③用已知浓度的K2Cr2O7溶液滴定②中生成的Fe2＋，则反应的离子方程式为____________________________。

(7)取1.125 g锡粉，经上述各步反应后，共用去0.1 000 mol·L－1K2Cr2O7溶液30.00 mL，锡粉中锡的质量分数为______________。

解析：(1)根据题中信息和元素守恒可知，有强烈的刺激性气味的气体为HCl，则反应的化学方程式为SnCl4＋3H2O===H2SnO3＋4HCl。(2)熔融金属锡，泼入冷水后激成锡花，目的是增大锡与Cl2反应的接触面积，利于反应进行。(3)从题图2可看出制备二水氯化亚锡，温度在60～95 ℃时，锡的转化率均很高，故该反应需控制的温度范围为60～95 ℃。(4)结合题图3可知，盐酸的浓度在1%～3%时，产品结晶率可达98%左右；盐酸的浓度太低时，SnCl2易水解生成碱式氯化亚锡；而盐酸的浓度大于3%时，产品结晶率降低，故盐酸的浓度应控制在1%～3%。(5)结合题图1可知，SnCl4与Sn 在反应釜中反应生成SnCl2，该反应的化学方程式为Sn＋SnCl4===2SnCl2。(6)K2Cr2O7与Fe2＋发生氧化还原反应生成Fe3＋和Cr3＋，其离子方程式为Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。(7)根据(6)中①②③关系式3Sn～6Fe2＋～Cr2O，结合消耗0.100 0 mol·L－1K2Cr2O7溶液30.00 mL，可求出试样中的m(Sn)＝3×119 g·mol－1×0.100 0 mol·L－1×30.00×10－3L＝1.071 g，则该锡粉中锡的质量分数为  ×100%＝95.2%。

答案：(1)SnCl4＋3H2O===H2SnO3＋4HCl　(2)增大反应接触面积，利于反应进行　(3)60～95　(4)1%～3%　盐酸浓度太低，SnCl2易水解生成碱式氯化亚锡，盐酸浓度大于3%时，产品结晶率降低(合理即可)　(5)Sn＋SnCl4===2SnCl2　(6)Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O　(7)95.2%