2025年高考二轮复习化学大题突破练1　化学工艺流程题2

大题突破练(一)化学工艺流程题学生用书P3061.(2024·河北卷)V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料,也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺,具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。已知:ⅰ.石煤是一种含V2O3的矿物,杂质为大量Al2O3和少量CaO等;苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、Na2CO3等。ⅱ.高温下,苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐;室温下,偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均难溶于水。回答下列问题:(1)钒原子的价层电子排布式为;焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为,产生的气体①为(填化学式)。

(2)水浸工序得到滤渣①和滤液,滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙,滤液中杂质的主要成分为(填化学式)。

(3)在弱碱性环境下,偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙,发生反应的离子方程式为;CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为;浸取后低浓度的滤液①进入(填工序名称),可实现钒元素的充分利用。

(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为(填化学式)。

(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为(填字母)。

a.延长沉钒时间b.将溶液调至碱性c.搅拌d.降低NH4Cl溶液的浓度答案:(1)3d34s2+5价CO2(2)NaAlO2(3)HCO3-+OH+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2VO3-提高溶液中HCO3-浓度,促使偏钒酸钙转化为碳酸钙(4)NaCl(5)bd解析:“焙烧”过程中,通入空气,石煤和苛化泥在高温条件下反应生成NaVO3、Ca(VO3)2、NaAlO2、Ca(AlO2)2、CaO和CO2等。“水浸”过程中,分离“焙烧”后的可溶性物质(如NaVO3)和不溶性物质[Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2等]。“离子交换”“洗脱”过程中,富集和提纯VO3-。“沉钒”过程中,生成NH4VO3。“盐浸”过程中,滤渣①中含有钒元素,通过“盐浸”,使滤渣①中的钒元素进入滤液①中,再将滤液①回流到“离子交换”工序,进行V(1)钒是23号元素,其价层电子排布式为3d34s2;焙烧过程中,氧气被还原,V2O3被氧化生成VO3-,偏钒酸盐中钒的化合价为+5价;CaCO3在800℃以上开始分解,生成的气体①为CO(2)由已知信息可知,高温下,苛化泥的主要成分NaOH与Al2O3反应生成偏铝酸钠,所以滤液中杂质的主要成分是NaAlO2。(3)在弱碱性环境下,Ca(VO3)2与HCO3-和OH反应生成CaCO3、VO3-和H2O,离子方程式为HCO3-+OH+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2VO3-。滤液①中含有VO3-、NH4+等,(4)由离子交换工序中树脂的组成可知,洗脱液中应含有Cl,考虑到水浸所得溶液中含有Na+,为避免引入其他杂质离子,且NaCl廉价易得,故洗脱液的主要成分应为NaCl。(5)沉钒过程是生成NH4VO3。NH4Cl呈弱酸性,如果将溶液调至碱性,OH与NH4+反应,不利于生成NH4VO3,b符合题意;降低NH4Cl溶液的浓度,也不利于生成NH4VO32.(2024·湖南长沙一中三模)铼是一种稀有贵重金属,广泛用于制造飞机、卫星和火箭的外壳等。工业上一种利用富铼矿渣(主要成分ReS2)提取铼的工艺流程如图所示:已知:①“焙烧”得到的固体成分有Re2O7、ReO3以及铁、铜和硅的氧化物;②Re2O7是酸性氧化物,HReO4的性质与HClO4的性质相似;高铼酸铵(NH4ReO4)微溶于冷水,易溶于热水;③室温下,lgKb(NH3·H2O)=4.7。回答下列问题。(1)Re2O7与水反应的离子方程式为

;

室温下,加入氨水后,测得溶液pH约为11,则溶液中c(NH4+)(填“>”“<”或“=”)c(NH3·H2(2)“焙烧”时,空气从焙烧炉底部通入,粉碎后的矿渣从顶部加入,目的是

。

(3)写出“热解”时发生反应的主要化学方程式:

。

(4)测得制得的铼粉(含少量Re2O7)中Re与O的原子个数比为1∶0.35,则该产品的纯度为%(保留三位有效数字)。

(5)已知ReO3的立方晶胞结构如图所示,则Re在晶胞中的位置为;晶体中一个Re周围与其最近的O的个数为。

答案:(1)Re2O7+H2O2ReO4-+2H+(2)增大接触面积,提高反应速率,使焙烧充分,提高原料的利用率(3)4NH4ReO4+3O22N2+8H2O+2Re2O7(4)87.4(5)顶角6解析:由题给流程可知,富铼矿渣加入生石灰后,在空气中焙烧得到铼、铁、铜、硅的氧化物,向氧化物中加入稀硫酸和过氧化氢溶液,酸性条件下,二硫化铼与过氧化氢溶液发生氧化还原反应生成高铼酸和硫酸,过滤得到浸渣和含有高铼酸和硫酸的滤液;向滤液中加入有机萃取剂R3N萃取,分液得到可以循环使用的稀硫酸和有机相;向有机相中加入氨水反萃取,分液得到可以循环使用的有机萃取剂R3N和高铼酸铵溶液;高铼酸铵溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到高铼酸铵晶体,高铼酸铵晶体与氧气共热反应生成氮气、七氧化二铼和水,在800℃条件下,氢气和七氧化二铼发生置换反应生成铼和水。(1)由题意可知,七氧化二铼和水反应生成高铼酸,反应的离子方程式为Re2O7+H2O2ReO4-+2H+;由一水合氨的电离常数可知,溶液中c(NH4+)c(NH3·(2)“焙烧”采用逆流操作可增大反应物的接触面积,有利于提高反应速率,使焙烧更加充分,提高原料的利用率。(3)由分析可知,“热解”时发生的主要反应为高铼酸铵晶体与氧气共热反应生成氮气、七氧化二铼和水,反应的化学方程式为4NH4ReO4+3O22N2+8H2O+2Re2O7。(4)设铼粉中铼和七氧化二铼的物质的量分别为amol、bmol,由铼原子和氧原子的原子个数比为1∶0.35可得(a+2b)∶7b=1∶0.35,解得a=18b,则产品的纯度为18mol×186g·mol(5)由晶胞结构可知,晶胞中位于顶角的白球个数为8×18=1,位于棱上的黑球个数为12×14=3,由化学式可知,位于顶角的白球为铼原子;与位于顶角的铼原子距离最近的氧原子位于棱上,则晶体中一个铼原子周围与其最近的氧原子的个数为3.(2024·湖北卷)铍用于航天器件的构筑。一种从其铝硅酸盐[Be3Al2(SiO3)6]中提取铍的路径如图所示。已知:Be2++4HABeA2(HA)2+2H+回答下列问题。(1)基态Be2+的轨道表示式为。

(2)为了从“热熔冷却”步骤得到玻璃态,冷却过程的特点是。

(3)“萃取分液”的目的是分离Be2+和Al3+,向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液,观察到的现象是

。

(4)写出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式:。“滤液2”可以进入步骤再利用。

(5)电解熔融氯化铍制备金属铍时,加入氯化钠的主要作用是。

(6)Be(OH)2与醋酸反应得到某含4个Be的配合物,4个Be位于以1个O原子为中心的四面体的4个顶角,且每个Be的配位环境相同,Be与Be间通过CH3COO相连,其化学式为。

答案:(1)(2)快速冷却(3)先出现白色浑浊,后白色浑浊迅速消失(4)BeA2(HA)2+6NaOHNa2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O反萃取分液(5)增强熔融氯化铍的导电性(6)Be4O(CH3COO)6解析:将Be3Al2(SiO3)6加热熔融,然后快速冷却到其玻璃态,再加入稀硫酸“酸浸过滤”,“滤渣”的成分为H2SiO3,“滤液1”中有Be2+和Al3+,加入含HA的煤油将Be2+萃取到有机相中,“水相1”中含有Al3+,“有机相”为BeA2(HA)2,加入过量氢氧化钠反萃取Be2+使其转化为Na2[Be(OH)4]进入“水相2”中,分离出含NaA的煤油,最后对“水相2”加热,并过滤分离出Be(OH)2,通过系列操作得到金属铍,据此回答。(1)基态Be2+的电子排布式为1s2,其轨道表示式为。(2)熔融态物质冷却凝固时,缓慢冷却会形成晶体,快速冷却会形成非晶态,即玻璃态,所以从“热熔冷却”中得到玻璃态,其冷却过程的特点为快速冷却。(3)“滤液1”中有Be2+和Al3+,加入含HA的煤油将Be2+萃取到有机相中,则“水相1”中含有Al3+,向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液,发生反应:Al3++3OHAl(OH)3↓、Al(OH)3+OH[Al(OH)4],可观察到的现象为先出现白色浑浊,后白色浑浊迅速消失。(4)反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式为BeA2(HA)2+6NaOHNa2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O;“滤液2”的主要成分为NaOH,可进入“反萃取分液”步骤再利用。(5)氯化铍熔融态导电性弱,电解熔融氯化铍制备金属铍时,加入氯化钠的主要作用为增强熔融氯化铍的导电性。(6)由题意可知,该配合物中有4个Be位于四面体的4个顶角,四面体中心只有1个O,Be与Be之间总共有6个CH3COO,则该配合物的化学式为Be4O(CH3COO)6。4.(2024·吉林白山二模)钪(Sc)及其化合物在电子、超导合金和催化剂等领域有重要应用。一种利用钛白废酸液(含Sc3+、TiO2+、Fe3+的硫酸废液)和赤泥(含有Sc2O3、Al2O3、Fe2O3、SiO2)联合制备Sc2O3的工艺流程如图所示。回答下列问题:已知:25℃时,Ksp[Sc(OH)3]=1×1030。(1)基态Fe3+的简化电子排布式为。

(2)为提高“浸取”速率,可采取的措施有(写出一条即可),“浸渣”的主要成分是(写化学式);水相中含有的金属离子主要是(写离子符号)。

(3)“除钛”时,加入H2O2的作用是。

(4)25℃时,若使“反萃取”后水溶液中的Sc3+沉淀完全(离子浓度≤105mol·L1),应控制溶液的pH不低于(保留两位有效数字)。

(5)写出草酸钪晶体[Sc2(C2O4)3·6H2O]“灼烧”时发生反应的化学方程式:

。

答案:(1)[Ar]3d5(2)将赤泥碾碎(或适当升高温度、搅拌等)SiO2Fe3+、Al3+(3)提供配体,生成配离子[TiO(H2O2)]2+进入水层(4)5.7(5)2Sc2(C2O4)3·6H2O+3O22Sc2O3+12CO2+12H2O解析:钛白废酸液(含Sc3+、TiO2+、Fe3+的硫酸废液)和赤泥(含有Sc2O3、Al2O3、Fe2O3、SiO2)“浸取”,二氧化硅不和酸反应,“浸渣”为SiO2,“萃取”时分离出Al3+、Fe3+,向“萃取”后的溶液中加入硫酸和H2O2,除钛分离出[TiO(H2O2)]2+,加NaOH溶液“反萃取”后分离出Sc(OH)3,与盐酸反应后加草酸得到Sc2(C2O4)3·6H2O,再“灼烧”Sc2(C2O4)3·6H2O得到Sc2O3。(1)Fe是26号元素,基态Fe3+的简化电子排布式为[Ar]3d5。(2)SiO2不与硫酸反应,故“浸渣”的主要成分是SiO2;根据流程图可知,“浸取”除去SiO2,加入萃取剂“萃取”时水相中的金属离子主要是Fe3+、Al3+。(3)由流程图可知,加入H2O2后形成[TiO(H2O2)]2+,该转化过程中元素化合价没有变化,H2O2中的氧原子提供孤电子对,Ti原子提供空轨道,形成配离子[TiO(H2O2)]2+进入水层。(4)根据题意可知,Sc3+恰好完全沉淀时,Ksp[Sc(OH)3]=c(Sc3+)·c3(OH)=105·c3(OH)=1×1030,解得c(OH)≈108.3mol·L1,c(H+)=KWc(OH-)≈105.7mol·L1,(5)Sc2(C2O4)3·6H2O中Sc的化合价为+3价,反应前后Sc的化合价没有发生变化,根据流程图可知,空气参与反应,空气氧化草酸钪晶体中的碳元素,反应的化学方程式为2Sc2(C2O4)3·6H2O+3O22Sc2O3+12CO2+12H2O。5.(2024·湖南雅礼中学三模)以湿法炼锌厂所产的钴锰渣(主要成分为Co2O3、CoO、NiO、MnO2,含少量Fe2O3、ZnO、CuO、CaO等)为原料回收制备CoC2O4的工艺如下:已知常温下,Ksp(CuS)=1.3×1036,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×1020,Ksp(ZnS)=1.3×1024。回答下列问题。(1)“酸浸”时其中Co2O3→Co2+,MnO2→Mn2+,Fe2O3→Fe2+,写出Co2O3反应的化学方程式:

。

(2)“除铁”时,生成KFe3(SO4)2(OH)6同时有CO2生成,写出该反应的离子方程式:

。

(3)“除铜锌”时,Cu2+主要以CuS而不是Cu(OH)2形式除去,结合计算说明其原因:(写出主要计算推理过程)。(4)“滤渣3”中含有MnO2,写出“除锰”时生成MnO2的化学方程式:

。

(5)P204、P507对金属离子的萃取率与pH的关系如图1所示。图1①“P204萃取”后“萃取液1”进行“反萃取”的目的是

。

②“P507萃取”时,选择合适的pH范围为(填字母)。

A.3~4 B.4~5C.5~6 D.6~7(6)K2S的立方晶胞结构如图2所示。若K2S晶体密度为dg·cm3,则晶胞中K+与S2之间最近距离为nm。

图2答案:(1)Co2O3+K2SO3+2H2SO42CoSO4+K2SO4+2H2O(2)2K++6Fe2++3H2O2+4SO42-+3CO32-+3H2O2KFe3(SO4)2(OH)(3)根据Cu(OH)2(s)+S2(aq)CuS(s)+2OH(aq),K=Ksp[Cu(OH)2]Ksp(CuS)=2.(4)H2SO4+MnSO4+2Co(OH)3MnO2+2CoSO4+4H2O(5)①从萃取液中反萃取出Co2+、Ni2+,减少产品损失②B(6)34×3解析:钴锰渣(主要成分为Co2O3、CoO、NiO、MnO2,含少量Fe2O3、ZnO、CuO、CaO等)中加入稀硫酸、K2SO3溶液进行酸浸,所得滤渣1中含有CaSO4;滤液中加入H2O2,将Fe2+氧化为Fe3+,再加入K2CO3调节pH,得到KFe3(SO4)2(OH)6沉淀;滤液1中加入KHS、K2S混合溶液除铜锌,生成CuS、ZnS沉淀;滤液2中加入Co(OH)3除锰,生成S、MnO2沉淀;滤液3中加入P204萃取,钴镍进入萃取液中,加入硫酸反萃取后与萃余液1合并,再用P507萃取,钴进入萃取液中,镍进入萃余液2中;萃取液2中加入草酸进行反萃取,从而获得CoC2O4。(1)“酸浸”时,Co2O3与K2SO3反应生成Co2+和SO42-,化学方程式为Co2O3+K2SO3+2H2SO42CoSO4+K2SO4+2H2(2)“酸浸”时,Fe2O3溶于稀硫酸产生Fe3+,被K2SO3还原为Fe2+。“除铁”时,H2O2用于氧化Fe2+,K2CO3用于调pH,可设KFe3(SO4)2(OH)6为1mol,然后根据“离子守恒”确定K+、Fe2+、SO42-的化学计量数,再根据H2O2与Fe2+之间得失电子守恒,确定H2O2的系数,可写出:2K++6Fe2++3H2O2+4SO42-2KFe3(SO4)2(OH)6↓,此时方程式左右两侧电荷不守恒,利用CO32-配平电荷,可知左侧需要补充3个CO32-,最终得到2K++6Fe2++3H2O2+4SO42-+3CO32-(3)Cu(OH)2(s)+S2(aq)CuS(s)+2OH(aq),K=Ksp[Cu(OH)2]Ksp(CuS)=1.7×10(4)MnO2在酸浸时,转化为Mn2+,又因产物中Co元素为+2价,可知Co(OH)3作氧化剂,可将Mn2+氧化为MnO2,根据得失电子守恒,可写出:MnSO4+2Co(OH)3MnO2+2CoSO4,根据SO42-个数守恒,可知左侧需要补充1个H2SO4,即化学方程式为H2SO4+MnSO4+2Co(OH)3MnO2+2CoSO4+4H2O(5)①根据流程图,以及图中钴镍难以利用P204分离开,且反萃取液进入后续获取Co2+、Ni2+的分离流程,说明反萃取可得到Co2+、Ni2+。②为了分离Co2+、Ni2+,由图可知选择pH为4~5,Co2+的萃取率较高,Ni2+则相对较低。(6)由晶胞结构图可知,晶胞参数为3440dNA×107nm,K+与S2之间最近距离为体对角线的14,即346.镍、铬、铜及其化合物在工业上有广泛的应用,从电镀污泥[含有Cu(OH)2、Ni(OH)2、Fe(OH)3、Cr(OH)3和SiO2等]中回收制备NiSO4·nH2O和其他金属及其化合物的工艺流程如图所示。已知:“萃取”可将金属离子进行富集与分离,原理如下:X2+(水相)+2RH(有机相)XR2(有机相)+2H+(水相)回答下列问题:(1)与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有(填元素符号)。原子核外运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用“+12”表示,与之相反的用“12”表示,“±12”即称为电子的自旋磁量子数。对于基态Ni原子,(2)已知NiO与MgO的晶体结构相同,其中Mg2+和Ni2+的离子半径分别为66pm和69pm。则熔点:NiO(填“>”“<”或“=”)MgO,理由是

。

(3)“滤渣Ⅰ”的主要成分为(填化学式)。

(4)电解之后加入碳酸钠调节pH的目的是

。

(5)“反萃取”时加入的试剂A为。

(6)“反萃取”得到的NiSO4溶液,在碱性条