2022届高考化学二轮教学案-题型二无机化工流程综合题真题示范

1．(2021·全国甲卷，26)碘(紫黑色固体，微溶于水)及其化合物广泛用于医药、染料等方面。回答下列问题：(1)I2的一种制备方法如图所示：①加入Fe粉进行转化反应的离子方程式为______________________________________，生成的沉淀与硝酸反应，生成____________后可循环使用。②通入Cl2的过程中，若氧化产物只有一种，反应的化学方程式为___________________；若反应物用量比eq\f(nCl2,nFeI2)＝1.5时，氧化产物为______________；当eq\f(nCl2,nFeI2)＞1.5后，单质碘的收率会降低，原因是__________________________。(2)以NaIO3为原料制备I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入计量的NaHSO3，生成碘化物；再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反应得到I2。上述制备I2的总反应的离子方程式为_____________________________________________________________________________。(3)KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2，若生成1molI2，消耗的KI至少为________mol。I2在KI溶液中可发生反应：I2＋I－Ieq\o\al(－,3)。实验室中使用过量的KI与CuSO4溶液反应后，过滤，滤液经水蒸气蒸馏可制得高纯碘。反应中加入过量KI的原因是______________________________________________________________________________。答案(1)①2AgI＋Fe=2Ag＋Fe2＋＋2I－AgNO3②FeI2＋Cl2=I2＋FeCl2I2、FeCl3I2被过量的Cl2进一步氧化(2)2IOeq\o\al(－,3)＋5HSOeq\o\al(－,3)=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋3H＋＋H2O(3)4防止单质碘析出解析(1)①由流程图可知悬浊液中含AgI，AgI可与Fe反应生成FeI2和Ag，FeI2易溶于水，在离子方程式中能拆，故加入Fe粉进行转化反应的离子方程式为2AgI＋Fe=2Ag＋Fe2＋＋2I－，生成的银能与硝酸反应生成硝酸银参与循环中。②通入Cl2的过程中，因I－还原性强于Fe2＋，Cl2先氧化还原性强的I－，若氧化产物只有一种，则该氧化产物只能是I2，故反应的化学方程式为FeI2＋Cl2=I2＋FeCl2；若反应物用量比eq\f(nCl2,nFeI2)＝1.5时即Cl2过量，先氧化完全部I－再氧化Fe2＋，恰好将I－和Fe2＋全部氧化，故氧化产物为I2、FeCl3；当eq\f(nCl2,nFeI2)>1.5时即Cl2过量特别多，多余的氯气会与生成的单质碘以及水继续发生氧化还原反应，单质碘的收率会降低。中加入NaIO3溶液，反应得到I2，上述制备I2的两个反应中I－为中间产物，总反应为IOeq\o\al(－,3)与HSOeq\o\al(－,3)发生氧化还原反应，生成SOeq\o\al(2－,4)和I2，根据得失电子守恒、电荷守恒及元素守恒配平离子方程式即可得：2IOeq\o\al(－,3)＋5HSOeq\o\al(－,3)=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋3H＋＋H2O。(3)KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2，化学方程式为4KI＋2CuSO4=2CuI↓＋I2＋2K2SO4，若生成1molI2，则消耗的KI至少为4mol；反应中加入过量的KI，I－浓度增大，可逆反应I2＋I－Ieq\o\al(－,3)平衡右移，增大I2溶解度，防止I2析出，有利于蒸馏时制备高纯碘。2．(2021·全国乙卷，26)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：金属离子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋开始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH3.24.711.113.8回答下列问题：(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式：__________________________________。(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是__________________________。(3)“母液①”中Mg2＋浓度为_______________mol·L－1。(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”，最适合的酸是________，“酸溶渣”的成分是____________________。(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是______________________________。(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得____________，循环利用。答案(1)Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(焙烧))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋(3)1.0×10－6(4)硫酸SiO2、CaSO4(5)TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋(6)(NH4)2SO4解析(1)氧化铝转化为硫酸铝铵发生的反应为氧化铝、硫酸铵在高温条件下反应生成硫酸铝铵、氨气和水，反应的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(焙烧))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)由题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH可知，将pH约为2.0的滤液加入氨水调节溶液pH为11.6时，铁离子首先沉淀，然后是铝离子、镁离子，钙离子没有沉淀。(3)由镁离子完全沉淀时，溶液pH为11.1可知，氢氧化镁的溶度积为1.0×10－5×(1.0×10－2.9)2＝1.0×10－10.8，当溶液pH为11.6时，溶液中镁离子的浓度为eq\f(1.0×10－10.8,1.0×10－2.42)mol·L－1＝1.0×10－6mol·L－1。(4)增大溶液中硫酸根离子的浓度，有利于使微溶的硫酸钙转化为沉淀，为了使微溶的硫酸钙完全沉淀，减少TiOSO4溶液中含有的硫酸钙的量，应加入硫酸加热到160℃酸溶；由分析可知，二氧化硅和硫酸钙与硫酸不反应，则酸溶渣的主要成分为二氧化硅和硫酸钙。(5)酸溶后将TiOSO4溶液适当稀释并加热，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，反应的离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)由分析可知，尾气为氨气，母液①为硫酸铵、母液②为硫酸，将母液①和母液②混合后吸收氨气得到硫酸铵溶液，可以循环使用。3．(2020·全国卷Ⅰ，26)钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金属离子Fe3＋Fe2＋Al3＋Mn2＋开始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列问题：(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是____________________________________________。(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VOeq\o\al(＋,2)，同时还有________被氧化。写出VO＋转化为VOeq\o\al(＋,2)反应的离子方程式：______________________________________________________。(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的________。(4)“沉淀转溶”中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是________。(5)“调pH”中有沉淀产生，生成沉淀反应的化学方程式是___________________________。(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是__________________。答案(1)加快酸浸氧化反应速率(或促进氧化完全)(2)Fe2＋VO＋＋MnO2＋2H＋=VOeq\o\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O(3)Mn2＋Fe3＋、Al3＋(4)Fe(OH)3(5)NaAlO2＋HCl＋H2O=NaCl＋Al(OH)3↓(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全解析(1)“酸浸氧化”过程中钒矿粉、MnO2和30%H2SO4发生反应，常温下反应速率较小，加热的目的是加快酸浸氧化反应速率。(2)Fe3O4与稀硫酸反应：Fe3O4＋8H＋=2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O，“酸浸氧化”过程中，Fe2＋具有还原性，也能被MnO2氧化生成Fe3＋。VO＋被氧化为VOeq\o\al(＋,2)，MnO2则被还原为Mn2＋，溶液呈酸性，结合守恒规律，写出离子方程式：VO＋＋MnO2＋2H＋=VOeq\o\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O。(3)由表中数据可知，Mn2＋开始沉淀的pH为8.1，Al3＋开始沉淀的pH为3.0，沉淀完全的pH为4.7，Fe3＋沉淀完全的pH为3.2。“中和沉淀”中调节pH＝3.0～3.1，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，此时Mn2＋不沉淀，Al3＋部分沉淀，Fe3＋几乎沉淀完全，故随滤液②除去的金属离子有K＋、Mg2＋、Na＋、Mn2＋及部分Al3＋、Fe3＋。(4)滤饼②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3和少量Al(OH)3，“沉淀转溶”中，加入NaOH溶液，调节pH＞13，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解，Al(OH)3转化为NaAlO2，故滤渣③的主要成分是Fe(OH)3。(5)滤液③中含有NaAlO2、NaVO3，“调pH”中加入HCl，调节pH＝8.5，此时NaAlO2＋HCl＋H2O=Al(OH)3↓＋NaCl。(6)NH4VO3存在沉淀溶解平衡：NH4VO3(s)NHeq\o\al(＋,4)(aq)＋VOeq\o\al(－,3)(aq)，“沉钒”中加入过量NH4Cl，增大c(NHeq\o\al(＋,4))，有利于NH4VO3结晶析出(同离子效应的应用)。4．(2020·全国卷Ⅲ，27)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金属离子Ni2＋Al3＋Fe3＋Fe2＋开始沉淀时(c＝0.01mol·L－1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全时(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH8.74.73.29.0回答下列问题：(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是__________________________________________。为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式：________________________。(2)“滤液②”中含有的金属离子是________________。(3)“转化”中可替代H2O2的物质是____________。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即，“滤液③”中可能含有的杂质离子为__________________。(4)利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的Ksp＝___________________________________________________________________________________________________________(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2＋浓度为1.0mol·L－1，则“调pH”应控制的pH范围是________。(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式：_________________________________________________________。(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是_________________________。答案(1)除去油脂，溶解铝及其氧化物AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓(2)Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋(3)O2(或空气)Fe3＋(4)0.01×(107.2－14)2[或10－5×(108.7－14)2]3.2～6.2(5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－=2NiOOH↓＋Cl－＋H2O(6)提高镍的回收率解析(1)因为废镍催化剂表面沾有油脂，所以“碱浸”的目的是除去油脂，同时还可以溶解催化剂中混有的铝及氧化铝杂质。“滤液①”中存在的金属元素有铝元素和钠元素，铝元素以AlOeq\o\al(－,2)的形式存在，当加酸调到中性时，发生反应的离子方程式为AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓。(2)“滤饼①”加稀硫酸酸浸，产生的“滤液②”中的金属离子有Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋。(3)“转化”过程中加入H2O2的目的是氧化Fe2＋，由于Fe2＋的还原性强，能与氧气反应，因此也可以用氧气或空气代替H2O2。如果先“调pH”后“转化”，结合金属离子沉淀的有关pH数据可知，当调节pH小于