备考2025届高考化学一轮复习强化训练第三章金属及其化合物第6讲无机化工工艺流程题

第6讲无机化工工艺流程题1.[2024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。从铬钒渣中分别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Cr2O72－存在，在碱性介质中以回答下列问题：（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Na2CrO4（填化学式）。（2）水浸渣中主要有SiO2和Fe2O3。（3）“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是Al（OH）3。（4）“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。该步须要限制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果。若pH＜9时，会导致溶液中c（PO43－）降低，不利于生成MgNH4PO4沉淀；pH＞9时，会导致Mg2＋形成Mg（OH）（5）“分别钒”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VO2＋或VO3＋；在碱性条件下，溶解为VO3－或VO43－。上述性质说明VA.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3S2O52－＋2Cr2O72－＋10H＋6SO42－＋解析（1）依据已知条件可知，最高价铬酸根在碱性介质中以CrO42－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到弱碱性是为了将[Al（OH）4]－转化为Al（OH）3沉淀而除去。（4）体系中存在平衡MgNH4PO4⇌Mg2＋＋NH4＋＋PO43－，当pH＜9时，PO43－＋H＋⇌HPO42－，平衡正向移动，c（PO43－）降低，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）依据题干描述，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）分别钒后溶液呈酸性，Cr元素以Cr2O72－存在，还原过程中Cr2O72－被S2O52－还原为Cr3＋，S2O52－转化为SO42－，因此反应的离子方程式为2Cr22.[2024北京]以银锰精矿（主要含Ag2S、MnS、FeS2）和氧化锰矿（主要含MnO2）为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。已知：酸性条件下，MnO2的氧化性强于Fe3＋。（1）“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除FeS2，有利于后续银的浸出；矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。①“浸锰”过程中，发生反应MnS＋2H＋Mn2＋＋H2S↑，则可推断：Ksp（MnS）＞（填“＞”或“＜”）Ksp（Ag2S）。②在H2SO4溶液中，银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有Fe3＋、Mn2＋。（2）“浸银”时，运用过量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液作为浸出剂，将Ag2S中的银以[AgCl2]－形式浸出。①将“浸银”反应的离子方程式补充完整：2Fe3＋＋Ag2S＋4Cl－⇌2Fe2＋＋2[AgCl2]－＋S②结合平衡移动原理，说明浸出剂中Cl－、H＋的作用：Cl－是为了与Ag2S电离出的Ag＋结合生成[AgCl2]－，使平衡正向移动，提高Ag2S的浸出率；H＋是为了抑制Fe3＋水解，防止生成Fe（OH）3沉淀。（3）“沉银”过程中须要过量的铁粉作为还原剂。①该步反应的离子方程式有2[AgCl2]－＋FeFe2＋＋2Ag＋4Cl－、2Fe3＋＋Fe3Fe2＋。②确定温度下，Ag的沉淀率随反应时间的变更如图所示。说明t分钟后Ag的沉淀率渐渐减小的缘由：Fe2＋被氧气氧化为Fe3＋，Fe3＋把Ag氧化为Ag＋。（4）结合“浸锰”过程，从两种矿石中各物质利用的角度，分析联合提取银和锰的优势：可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中，得到MnSO4，同时将银元素和锰元素分别；生成的Fe3＋还可以用于浸银，节约氧化剂。解析（1）①由题意知，硫化锰溶于硫酸溶液而硫化银不溶于硫酸溶液，说明硫化锰的溶度积大于硫化银。②依据已知信息，在H2SO4溶液中二氧化锰可将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身被还原为Mn2＋。（2）①由已知信息可知，Fe3＋将Ag2S氧化为了S，则自身被还原为Fe2＋，结合得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可补全该离子方程式。（3）①铁粉作还原剂，除了将浸银液中的[AgCl2]－还原为单质银，还可还原浸银时加入的过量Fe3＋。（4）可从原料利用率、生产效率、经济角度分析。3.[2024湖南]钛（Ti）及其合金是志向的高强度、低密度结构材料。以钛渣（主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质）为原料，制备金属钛的工艺流程如下：已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点：物质TiCl4VOCl3SiCl4AlCl3沸点/答下列问题：（1）TiO2与C、Cl2在600℃的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：物质TiCl4COCO2Cl2分压/MPa4.59×10－21.84×10－23.70×10－25.98×10－9①该温度下，TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为5TiO2＋6C＋10Cl2600°C5TiCl4＋2CO＋4CO2②随着温度上升，尾气中CO的含量上升，缘由是温度上升，C主要转化为CO。（2）“除钒”过程中的化学方程式为3VOCl3＋Al3VOCl2＋AlCl3；“除硅、铝”过程中，分别TiCl4中含Si、Al杂质的方法是蒸馏法。（3）“除钒”和“除硅、铝”的依次不能（填“能”或“不能”）交换，理由是“除钒”后产生的AlCl3可在“除硅、铝”时除去，若交换依次，无法除去AlCl3。解析（1）①依据600℃混合气体中TiCl4、CO、CO2的分压，可计算出三者的物质的量之比约为5∶2∶4，结合得失电子守恒和原子守恒可写出总反应的化学方程式为5Ti