2021年高考化学非选择题突破训练——工艺流程分析（2）（有答案）

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2021年高考化学非选择题突破训练——工艺流程分析（2）
一、填空题1.某阳极泥含有Au、Ag和Cu等金属单质，具有很高的综合回收价值。某实验室模拟工厂处理，采用如下流程分离提纯Au、Ag和Cu。已知：①浓硝酸、稀硝酸不能溶解Au，王水可以溶解Au。调节的组成得到的混合物也可以溶解Au，原理与王水相同。②。（1）“酸溶”后经过滤、洗涤，得“含Au固体”。设计简单实验，证明“含Au固体”已洗净：________________________________。（2）“酸溶”可以选择浓或稀，其中一种在溶解等量的Cu时所耗成本较低，产生污染较少，写出该反应的化学方程式：____________________________。（3）①“溶解”过程中，发生的氧化还原反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为_______________________________。②关于“溶解、分离”，下列说法正确的是_____________________（填字母）。A.体现了氧化性和酸性B.王水中浓盐酸的主要作用是增强溶液的酸性C用过量的浓盐酸与也可使Au溶解（4）为了将某溶液中1 mol 完全还原得到Au，至少要加入Zn粉__________________________mol。（5）为了得到更高纯度的Cu和Ag，可利用盐酸、NaC1、氨水与铁粉，通过如下方法从“酸溶”后的溶液中回收Cu和Ag（图中标注的试剂和物质均不同）。加入试剂1发生反应的离子方程式为溶液2为_______________________（填“酸性”或“碱性”）溶液。2.钯属于稀有贵金属（铂族金属），钯在工业上的主要用途是作为催化剂，从含钯电子废料直接制备钯精细化工产品的工艺流程图如下：已知：。回答下列问题：（1）含钯电子废料的预处理包括筛选和焚烧等必要步骤，焚烧的目的是____________________________。（2）钯易溶于硝酸，溶解时既要考虑浸出速率和浸出率，又要注意成本。使用25%的硝酸，浸取2h，钯的浸出率与温度的关系如图所示，则选择浸出的温度为_____________________℃。酸浸”后过滤，洗净滤渣，滤渣中可能含有铂、铑和金等其他贵金属，应________________________________。（3）“除银赶硝”后的溶液中的浓度为0.15，则溶液中的浓度为___________________________。（4）“除银赶硝”后的溶液中含钯成分为，加热溶液到80~90℃，不断搅拌并滴加氨水，控制溶液的pH<7.5，使溶液中的钯变成肉红色的氯亚钯酸四氨络合亚钯沉淀，写出反应的化学方程式：__________________________。（5）用去离子水反复清洗（4）中沉淀，使绝大部分贱金属留在溶液中经过滤而除去。在过滤所得的沉淀中继续加入氨水至pH=8~9，在不断搅拌下继续保温（80~90℃）1 h，使肉红色沉淀全部溶解。此时溶液中溶质的主要成分为浅黄色的二氯化四氨合钯（Ⅱ），写出反应的化学方程式：________________________。（6）在搅拌下滴加浓盐酸至溶液pH=1~1.5，此时溶液中出现大量黄色絮状沉淀，继续搅拌1 h，静置沉降，过滤，用去离子水反复清洗沉淀，所得固体即为二氯化一氨合钯（Ⅱ），用去离子水反复清洗沉淀的原因是___________________________。（7）将上述二氯化二氨合钯（Ⅱ）沉淀用少量去离子水润湿后，在搅拌下滴加水合肼溶液，加热至60℃，生成一种无毒无色气体，待混合物中不再显示明显的黄色时将混合物过滤。所得黑色粉末即为海绵钯（Pd），写出反应的化学方程式：_____________________________。3.磷尾矿主要含和。某研究小组提出了磷尾矿综合利用的研究方案，可制备具有重要工业用途的和，其简化流程如下：已知：①在950℃不分解；②请回答下列问题：（1）工业上常用磷精矿和硫酸反应制备磷酸。则和硫酸反应生成磷酸的化学方程式是___________________________；煅烧磷尾矿生成气体的主要成分是________________________________。（2）实验室过滤所需的玻璃仪器是___________________________。（3）和C与磷精矿高温反应的作用是_______________________________。（4）在浸取液Ⅱ中通入，发生反应的化学方程式是_________________________。（5）磷化工下游产品之一的高纯氢氟酸是电子工业芯片的雕刻试剂，用化学方程式说明这个雕刻的原理：_______________________________。（6）热法制磷酸是通过高温电炉获得黄磷（主要成分为），再燃烧黄磷获得，用水吸收制备高纯磷酸（87%）。用284吨磷尾矿（含%）经上述工艺流程，理论上可获得__________________________吨这样的高纯磷酸。4.高铁酸盐是一种倍受关注的新型、高效、绿色多功能水处理剂，高温易分解、易溶于水、能和水反应，在水的处理过程中，具有集氧化、吸附、絮凝等八大特点为一体的综性能。在强碱性溶液中比较稳定，但在和催化作用下发生分解。常见的制备方法有干法、湿法和电解法等，回答下列问题。（1）干法制备常用、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸钾和等产物，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_________________________。（2）某湿法制备高铁酸钾是在强碱介质中，与反应生成，基本流程如图甲所示：①在对水的杀菌消毒过程中中Fe元素化合价降低了___________________价，取与水反应后的澄清溶液，滴入无色酚酞后观察到溶液呈________________色。②反应Ⅱ的离子方程式为_______________________，控制反应温度在30℃以下并搅拌1 h，控制反应温度的原因是______________________________。③由流程图可知，用足量KOH溶液浸泡沉淀后过滤，便可得到高铁酸钾粗品，滤液中的溶质除了过量的KOH外，还含有的溶质是______________________。洗涤粗品时除异丙醇外，还可以选用以下哪种试剂________________________（填序号）。A.水B.无水乙醇C.稀KOH溶液④湿法制备是在搅拌下将饱和溶液缓慢滴加到 NaClO饱和溶液中，但却不能将 NaClO饱和溶液滴加到饱和溶液中，其原因是____________________________。（3）工业上用电解NaOH浓溶液的方法制备，其工作原理如图乙所示：①下列说法正确的是(   )A.电解时，电子的流动方向为电源负极→Cu电极溶液→Fe电极→电源正极B.铁是阳极，电极反应为 C.每制得1 mol ，理论上可以产生67.2 L气体D.通电一段时间，阳极消耗氢氧根离子物质的量大于阴极生成氢氧根离子物质的量②已知25℃时，、，该温度下向含有浓度均为的溶液中，滴加浓NaOH溶液，当溶液pH=9时，溶液中____________________________________。 5.辉铜矿（主要成分为）和软锰矿（主要成分为），它们都含有少量杂质。工业上综合利用这两种矿物制备硫酸锰和纳米铜粉的主要工艺流程如下：已知：①能将金属硫化物中的硫离子氧化为单质硫；②；③；④部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示： 开始沉淀的pH沉淀完全的pH1.13.28.39.84.46.4回答下列问题：（1）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有______________________（任写一点），酸浸后滤渣Ⅰ为________________________（用化学式表示）。（2）步骤②过程可以除去滤液中的，则调节pH的范围：______________________。（3）步骤③过程中生成时，发生主要反应的离子方程式为__________________________。（4）若加入溶液后，滤液中的沉淀完全， ___________________________。（5）步骤⑤后，调节pH还原得到纳米铜的离子方程式为____________________________。（6）碳酸锰在一定条件下可得硫酸锰溶液，试根据如下所示曲线，设计由硫酸锰溶液制备的实验方案为_________________________________。6.草酸镍是一种不溶于水的浅绿色粉末，常用于制镍催化剂和镍粉等。以铜镍合金废料（主要成分为镍和铜，含有一定量的铁和硅）为原料生产草酸镍的工艺流程如图：已知：①“浸出”液含有的离子主要有；②pH增大，被氧化的速率加快，同时生成的水解形成更多的胶体能吸附。 回答下列问题：（1）生产时为提高合金废料浸出率，常采取的措施有____________________（填字母）。a.适当延长浸出时间b.高温浸出c.分批加入混酸浸取并搅拌（2）“萃取”步骤中萃取除去的主要金属阳离子是__________________________。（3）“氧化”过程中，控制70℃、pH小于3的条件下进行。①的电子式为____________________________。②“氧化”过程的离子方程式为_________________________。③pH为3~4时，镍的回收率降低的原因是_________________________。（4）“过滤”后的滤液中加入溶液反应得到草酸镍，过滤得到的草酸镍需要用蒸馏水洗涤，检验晶体是否洗涤干净的方法是___________________________。已知常温下，溶液中的浓度为时，是否沉淀完全_________________________________（填“是”或“否”）。（5）300℃时，在空气中煅烧可制得，该反应的化学方程式为__________________________。7.镉（Cd）可用于制作某些光电子组件。一种以镉废渣（含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO杂质）为原料制备镉的工艺流程如下：回答下列问题：（1）溶解时，将镉废渣粉碎的目的是__________________________________。（2）“滤渣1”的主要成分是______和______（填化学式）。（3）“除铁锰”时KMnO4的还原产物是MnO2，该步骤中除锰的离子方程式为_________________________________。（4）“置换”中镉置换率与的关系如图所示，其中Zn的理论用量以溶液中的量为依据。实际生产中比值最佳为_____，不宜超过该比例的原因是__________________________________。（5）“熔炼”时，将海绵镉（含镉和锌）与NaOH混合反应，反应的化学方程式是________________________。（6）从含镉原料制得纯净镉的电解液，经电解沉积生产金属镉的过程，为镉生产方法之一，相对于锌粉置换出海绵镉并加以精炼制取镉的过程，电解法的缺点是____________。8.金属镓与铝同主族，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物，镓及其化合物应用广泛。粉煤灰中可以提取镓，粉煤灰中的主要成分为，含CaO、、等杂质。镓的熔点较低(29.8℃)，沸点很高（2403℃）。(1)滤渣1的主要成分为___________。(2)为了提高溶浸效率可以采用的措施有(写两种)__________。(3)写出镓单质与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：____________。(4)其他镓的化合物在生活和前沿科技上有广泛应用，根据已学知识回答下列问题：①用溶液制备固体，应如何操作：_______________。②当代工业上固态氮化镓(GaN)的制备方法是利用镓与在1000℃高温下合成，同时生成氢气，每消耗1 mol Ga时放出15.135 kJ热量。该可逆反应的热化学方程式是________。(5)表中是两种两性氢氧化物的电离常数。两性氢氧化物酸式电离常数碱式电离常数将一块镓铝合金完全溶于烧碱溶液，再往反应后的溶液中缓缓通入，最先析出的氢氧化物是__________________。(6)电解法可以提纯粗镓(内含Zn、Fe、Cu等杂质)，以NaOH水溶液为电解质，在阴极析出高纯度的镓，请写出阴极电极反应式：_______________(离子氧化性顺序为)。   参考答案1.答案：（1）取少量最后一次洗涤液于试管中，加入溶液（或其他沉淀剂）、再加入稀硝酸，若无明显现象，说明沉淀已经洗干净（2）（3）①1:1         ②AC（4）15（5）；碱性解析：（1）阳极泥经“酸溶”后得到含金固体和含铜离子、银离子的混合溶液，过滤将固体和液体分开，为证明“含Au固体”已洗净，证明最后一次洗涤液中不含即可。（2）铜和浓硝酸反应生成，和稀硝酸反应生成NO，故使用稀硝酸所耗成本较低，铜与稀硝酸反应的化学方程式为。（3）①根据化合价的变化规律可知，“溶解”过程中Au元素的化合价从0价升高到+3价，作还原剂，硝酸作氧化剂，N元素的化合价从+5价降低到+2价，生成一氧化氮，根据得失电子守恒，可知还原剂与氧化剂的物质的量之比为1:1。②溶金过程中硝酸中N元素的化合价降低，作氧化剂，体现了的氧化性，同时生成了硝酸盐，体现了硝酸的酸性，故A正确；王水中(浓硝酸）：（浓盐酸）=1:3，王水中浓盐酸提供氯离子，生成四氯合金离子，促进金与硝酸的反应，且可以增强硝酸的氧化性，故B错误；根据王水溶金原理可知，用浓盐酸与也可使Au溶解，故C正确。（4）由于，若用Zn粉将溶液中的1 mol 完全还原，中金的化合价为+3价，设参加反应的Zn的物质的量为，根据得失电子守恒得，则参加反应的Zn的物质的量是1.5 mol。（5）根据题图中信息可知，向含有铜离子和银离子的溶液中加入试剂1后得到溶液1和固体1，向固体1中加入试剂4后得到含二氨合银离子的溶液2，试剂4是氨水，固体1是氯化银，试剂1是NaCl溶液；溶液1中含铜离子，该溶液中加入过量铁粉（试剂2）得到铜和亚铁离子，过滤后得到固体2（铜单质、少量的铁粉），试剂3是盐酸，除去过量的铁粉；二氨合银离子经过还原可以得到银单质，实现了铜和银的分离。加入试剂1发生反应；试剂4为氨水，所以溶液2呈碱性。2.答案：（1）除去可能含有的碳单质及有机物（2）80；回收再利用（3） （4）（5）（6）二氯化二氨合钯（Ⅱ）在水中的溶解度很小，用去离子水反复清洗沉淀可得到较高纯度的二氯化二氨合钯（Ⅱ）（7）解析：（1）电子废料中会含有炭黑、有机物等物质，可以经焚烧除去。（2）根据题给图像，在80℃时钯的浸出率已达到很高，温度再升高，浸出率基本不变，选择80℃即可。滤渣中含有的铂、铑和金等贵金属要回收再利用。（3）根据，当时，。（4）根据题给信息，反应物为和，且溶液pH<7.5，生成物为沉淀，根据原子守恒可得化学方程式为。（5）根据题意，沉淀中继续加入氨水，沉淀全部溶解生成二氯化四氨合钯（Ⅱ），根据原子守恒可得化学方程式为。（6）能用去离子水反复清洗沉淀说明二氯化二氨合钯（Ⅱ）在水中溶解度很小，反复清洗可以得到较纯净的二氯化二氨合钯（Ⅱ）固体。（7）结合题给信息可知，反应物为二氯化二氨合钯（Ⅱ）、，产物为无毒无色气体和海绵钯（Pd）等，根据原子守恒可写出化学方程式为。3.答案：（1）；（2）漏斗、烧杯、玻璃棒（3）起造渣作用、过量的碳起到还原剂的作用并生成大量的CO气体，引起熵增促进高温条件下反应正向进行 （4）（5）（6）解析：（1）和反应属于强酸制弱酸，制取两种弱酸、HF和一种微溶性盐，故化学方程式为 ；磷尾矿中含有，煅烧后分解产生气体。（2）过滤用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒。（3）由已知条件②推测，磷精矿与和C在高温条件下反应的原因有两个方面：是起造渣作用、过量的碳起到还原剂的作用并生成大量的CO气体；二是引起熵增促进反应正向进行。（4）根据化学工艺流程判断浸取液Ⅱ的主要成分为硫酸镁溶液，通入，发生反应的化学方程式。（5）芯片是半导体材料硅，硅与氢氟酸反应用于雕刻芯片，其化学方程式为。（6）用元素守恒的方法可得，理论上获得高纯磷酸的质量为吨。4.答案：（1）3:1（2）①3；红      ②；防止温度过高发生分解             ③NaOH；B④生成的高铁酸钠在过量的催化下分解（3）①D            ②解析： （1）干法制备反应为，氧化剂是，还原剂是，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为3:1。（2）①由化合物正负化合价代数和为零，可知中铁元素的化合价为+6，杀菌消毒过程中的还原产物是，化合价降低了3价，将溶于水后反应的化学方程式为，生成的KOH溶液呈碱性，所以滴入酚酞溶液呈红色。②结合题干及氧化还原反应知识得出离子方程式为，题干给出高铁酸盐“高温易分解”，所以控制在30℃以下的原因是防止生成的发生分解。③比溶解度更小，因此加入KOH可析出晶体并生成NaOH，所以滤液中溶质还有NaOH；高铁酸钾极易溶于水，用异丙醇洗和无水乙醇洗减少高铁酸钾的溶解损失，故选B。④将 NaClO饱和溶液滴加到饱和溶液中，过量，在和催化作用下发生分解，使产品不纯。（3）①用铜、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠，铁失电子发生氧化反应生成高铁酸钠，则铁作阳极，铜作阴极，阳极发生的电极反应式为，阴极发生的电极反应式为，据此分析解答。电子不能在电解质溶液中传导，故A错误；阳极发生的电极反应式为 ，故B错误；没有给出状态，无法确定体积，故C错误；阳极发生的电极反应式为，阴极发生的电极反应式为，当得失电子相等时，消耗氢氧根离子的物质的量大于生成氢氧根离子的物质的量，故D正确。②由二者的计算可知，当溶液pH=9时，溶液中和浓度均会减小，所以。5.答案：（1）粉碎矿石（或适当升高温度或搅拌）（其他答案合理即可）； （2）3.2≤pH<4.4 （3）（4）≥ （5）（6）蒸发、结晶温度大于40°℃，趁热过滤，用酒精洗涤，最后低温干燥解析：（1）提高浸取率可采取的措施有粉碎矿石或适当升高温度或搅拌，能将金属硫化物中的硫离子氧化为单质硫，不溶于酸，故酸浸后滤渣Ⅰ为S和。（2）调节pH使完全沉淀，不能沉淀，由信息④可知3.2≤pH<4.4。（3）步骤③过程中，锰离子和碳酸根离子结合生成，促进电离平衡正向移动，氢离子浓度增大，与碳酸氢根离子结合生成水和二氧化碳。（4），当滤液中的沉淀完全时，。（5）由流程图可知，在碱性条件下，反应生成氮气和铜，反应的化学方程式为。（6）由图像可知的溶解度随温度的升高而降低，且温度高于40℃时，析出，故可以通过蒸发、结晶温度大于40℃，趁热过滤，用酒精洗涤，最后低温干燥获得。6.答案：（1）ac（2）（3）①          ②③pH过高，生成氢氧化铁胶体吸附大量，导致镍回收率降低（4）取最后一次的洗涤液少许于试管中，先加盐酸酸化，再加氯化钡溶液，若无沉淀生成，则证明洗涤干净；是（5）解析： 由题给流程可知，合金废料中加入混酸浸取液浸取后，得到的溶液中含有的离子有；向溶液中加入萃取剂，用萃取剂除去溶液中的；向萃取后的溶液中加入还原剂，将还原为，然后加入，将氧化为 沉淀，除去溶液中的铁元素；过滤后，向滤液中加入溶液反应得到草酸镍。（1）适当延长浸出时间可以使反应更充分，提高浸出率，a正确；高温条件下可以加快反应速率，但是在高温条件下硝酸会挥发，故不能用高温浸出， b错误；分批加入混酸浸取并搅拌能使反应物混合更均匀，更充分，提高浸出率，c正确。（2）由流程分析可知，后续的操作不能除去，故只能在萃取步骤中除去。（3）①为共价化合物，分子中含有极性共价键和非极性共价键，电子式为。②由题意可知，氧化过程是在70℃、pH小于3的条件下进行，过氧化氢与亚铁离子发生氧化还原反应生成 沉淀，反应的离子方程式为。③由题给信息可知，溶液pH增大，被氧化的速率加快，同时生成的水解形成较多的胶体，氢氧化铁胶体吸附大量，导致镍回收率降低。（4）由流程可知，草酸镍晶体表面附有可溶的硫酸铵和硝酸铵，检验晶体是否洗涤干净实际上就是检验洗涤液中是否存在硫酸根，则检验方法为取最后一次的洗涤液少许于试管中，先加盐酸酸化，再加氯化钡溶液，若无沉淀生成，则证明洗涤干净； ，当时，，则沉淀完全。（5）由题意可知，300℃时，在空气中煅烧可制得，反应中镍元素化合价升高，依据氧化还原反应规律，空气中的参与反应，作反应的氧化剂，镍元素和碳元素被氧化，反应的化学方程式为。 7.答案：（1）增大固体与液体的接触面积，加快化学反应速率（2）Cu(OH)2；CaSO4（3）（4）1.3；锌粉量过多增大成本，海绵镉的纯度降低，熔炼中NaOH用量过多增加成本。（5）（6）电解法耗能大解析：（1）溶解时，将镉废渣粉碎，可以减小固体的颗粒直径，增大固体与液体的接触面积，加快化学反应速率。（2）除铜步骤中加入石灰乳会生成Cu(OH)2，同时石灰乳会与硫酸反应有CaSO4生成。（3）根据题目信息，可得Mn2+被KMnO4氧化成MnO2，形成沉淀从而除去。（4）根据工业生产实际，选择最佳的的比值为1.3，超过1.3，Zn的实际用量增多，会导致置换出的镉中混有较多的杂质锌，使产品的纯度降低，同时也会使后面步骤中除锌所用的NaOH用量增多。（6）相对于置换法而言，电解法生产镉的电能消耗大。8.答案：(1)、(2)升温、粉碎(其他合理答案均可)(3)(4)①在HCl气流中加热蒸干 ②(5)(6)解析： 分析如下：(1)由题干可知，氧化铝和氧化镓均为两性氧化物，溶浸过程中所发生的学反应为、、、，性质稳定，与浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐，溶液碱性不够，不能溶解，故滤渣1的主要成分为、。(2)升温、粉碎、搅拌等均可提高溶浸效率。(3)镓与铝同主族，其性质类似，则镓与氧化钠溶液反应的离子方程式为。(4)①为抑制水解，由溶液制备固体时应在HCl气流中加热蒸干。②由题干知，1000℃时Ga为液态，又Ga与合成GaN时同时有生成、每消耗1 mol Ga时放出15.135 kJ热量，故该反应的热化学方程式为。(5)镓铝合金完全溶于烧碱溶液可得和的混合溶液，由于的酸式电高常数小于，则往反应后的溶液中缓慢通入，最先祈出的是。(6)由离子氧化性顺序知，金属还原性顺序为Zn>Ga>Fe，在氢氧化钠存在条件下，Ga只能以形式存在，阴极上析出高纯度的镓，则阴极的电极反应式为。