专题15-工艺流程综合题(原卷版)

专题15工艺流程综合题1．（2022·全国甲卷）硫酸锌()是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备。菱锌矿的主要成分为，杂质为以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：本题中所涉及离子的氯氧化物溶度积常数如下表：离子回答下列问题：(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为_______。(2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有_______、_______。(3)加入物质X调溶液，最适宜使用的X是_______(填标号)。A．

B．

C．滤渣①的主要成分是_______、_______、_______。(4)向的滤液①中分批加入适量溶液充分反应后过滤，滤渣②中有，该步反应的离子方程式为_______。(5)滤液②中加入锌粉的目的是_______。(6)滤渣④与浓反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是_______、_______。2．（2022·全国乙卷）废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有、、和Pb。还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等。为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。一些难溶电解质的溶度积常数如下表：难溶电解质一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的如下表：金属氢氧化物开始沉淀的pH2.36.83.57.2完全沉淀的pH3.28.34.69.1回答下列问题：(1)在“脱硫”中转化反应的离子方程式为________，用沉淀溶解平衡原理解释选择的原因________。(2)在“脱硫”中，加入不能使铅膏中完全转化，原因是________。(3)在“酸浸”中，除加入醋酸()，还要加入。(ⅰ)能被氧化的离子是________；(ⅱ)促进了金属Pb在醋酸中转化为，其化学方程式为________；(ⅲ)也能使转化为，的作用是________。(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是________。(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有________。3．（2022·浙江卷）化合物X由三种元素组成，某实验小组按如下流程进行相关实验：化合物X在空气中加热到，不发生反应。请回答：(1)组成X的三种元素为_______；X的化学式为_______。(2)溶液C的溶质组成为_______(用化学式表示)。(3)①写出由X到A的化学方程式_______。②X难溶于水，但可溶于氨水中，写出该反应的离子方程式_______。(4)设计实验，检验尾气中相对活泼的2种气体_______。4．（2022·广东卷）稀土()包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下：已知：月桂酸熔点为；月桂酸和均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持价不变；的，开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子沉淀的相关pH见下表。离子开始沉淀时的pH8.81.53.66.2~7.4沉淀完全时的pH/3.24.7/(1)“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是_______。(2)“过滤1”前，用溶液调pH至_______的范围内，该过程中发生反应的离子方程式为_______。(3)“过滤2”后，滤饼中检测不到元素，滤液2中浓度为。为尽可能多地提取，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中低于_______(保留两位有效数字)。(4)①“加热搅拌”有利于加快溶出、提高产率，其原因是_______。②“操作X”的过程为：先_______，再固液分离。(5)该工艺中，可再生循环利用的物质有_______(写化学式)。(6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂。①还原和熔融盐制备时，生成1mol转移_______电子。②用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化的还原，发生的电极反应为_______。5．（2022·湖南卷）钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为，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，粗中含有的几种物质的沸点：物质沸点答下列问题：(1)已知，的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略、随温度的变化。若，则该反应可以自发进行。根据下图判断：时，下列反应不能自发进行的是_______。A． B．C． D．(2)与C、，在的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：物质分压①该温度下，与C、反应的总化学方程式为_______；②随着温度升高，尾气中的含量升高，原因是_______。(3)“除钒”过程中的化学方程式为_______；“除硅、铝”过程中，分离中含、杂质的方法是_______。(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序_______(填“能”或“不能”)交换，理由是_______。(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入冶炼的方法相似的是_______。A．高炉炼铁 B．电解熔融氯化钠制钠 C．铝热反应制锰 D．氧化汞分解制汞1．（2022·江西九江·二模）以碳酸锰铜矿(主要成分为MnCO3、CuCO3，还含有Fe2O3、FeO等杂质)为原料制备硫酸锰的一种工艺流程如下：(1)“氧化”时，反应的离子方程式为_______。可用一种试剂检验氧化后的溶液中是否含有Fe2+，该试剂为_______(写化学式)。(2)加入MnCO3调节pH=3.3时可以将Fe3+转化为Fe(OH)3而除去，该反应的离子方程式为_______。(3)“沉铜"时，若滤液中c(Mn2+)=0.21mol·L-1，向其中缓慢通入氨气，为了使铜离子完全沉淀而又避免生成Mn(OH)2，应控制pH的范围为_______。[已知：常温下，Ksp[Cu(OH)2]=1×10-20，Ksp[Mn(OH)2]=2.1×10-13，离子浓度小于或等于10-5mol/L可视为沉淀完全](4)本工艺中可循环使用的物质是_______。(5)结合图像，分析获得(MnSO4·H2O)晶体的“系列操作”步骤为：_______、_______，酒精洗涤，低温干燥。2．（2022·陕西汉中·二模）我国发现超级铼矿，铼(Re)是一种熔点高、耐磨、耐腐蚀的金属，广泛用于航天航空等领域。工业上用富铼渣(含ReS2)制得铼粉，其工艺流程如下图所示：回答下列问题：(1)铼不溶于盐酸，可溶于稀硝酸生成强酸高铼酸(HReO4)，请写出反应的离子方程式_______。(2)提高富铼渣浸出率的方法有_______(任写两种)；酸浸相同时间，测得铼的浸出率与温度关系如下图所示，分析高于T1℃时铼的浸出率降低的原因_______。(3)操作II所用的主要玻璃仪器是_______。(4)高铼酸铵和氢气制取单质铼的化学方程式为_______；此反应过程中，实际消耗H2的量大于理论值，其原因是_______。(5)由高铼酸铵溶液获得高铼酸铵晶体的一系列操作为_______、洗涤、干燥。(6)整个工艺流程中除有机溶液可循环利用外，还有_______。3．（2022·陕西渭南·二模）金属钪可用作宇航材料、火箭和飞机的制造材料；氧化钪可提高计算机记忆元件性能。赤泥是铝土矿加工过程中产生的废料，含有丰富的钪元素，另含有Fe2O3、SiO2、Al2O3等氧化物。一种从赤泥中提取氧化钪的工艺流程如图所示(P2O4是一种磷酸酯萃取剂)。回答下列问题：(1)写出赤泥经盐酸处理后所得“浸渣”与强碱溶液反应的离子方程式____。(2)赤泥“酸浸”时温度过高，酸浸速率反而下降，其原因是____。(3)P2O4萃取浸出液，其浓度、料液温度对萃取率的影响如表所示，萃取时P2O4最佳浓度及料液温度分别为____、____；萃取后“盐酸洗涤”的目的是____。P2O4浓度对萃取率的影响如表：试验编号P2O4浓度/%分相情况钪萃取率/%铁萃取率/%1-11分相快90.7615.821-22分相容易91.5319.231-33分相容易92.9813.561-44有第三相90.6930.121-55轻微乳化91.7439.79料液温度对分离系数的影响如图：(4)反萃取时，Sc3+完全沉淀(浓度为1.0×10-6mol·L-1)时，反萃液的pH为____。(已知：Ksp[Sc(OH)3]=8.00×10-31，lg2=0.30，结果保留小数点后两位)(5)为探究所得草酸钪晶体Sc2(C2O4)3·xH2O中结晶水的含量，取2.96g样品(纯度为75%)，灼烧得到0.69gSc2O3固体，则x=____。(6)草酸钪晶体灼烧分解反应方程式为____，其固体副产物主要为____。4．（2022·山西太原·二模）铬是一种重要的金属材料，被广泛用于冶金、化工、耐火材料等行业。某铬铁矿的主要成分为Cr2O3、Fe2O3、FeO，还有少量MgO、Al2O3和杂质SiO2等，利用其制备多种铬产品和其他金属产品的工艺流程如下：已知：Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑回答下列问题：(1)步骤①发生的主要反应为FeO+Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+NaNO2+A↑，反应时应选用何种材质的容器？_______(填字母)。A．塑料 B．刚玉 C．铁 D．石英(2)步骤②的操作是_______，“滤渣2”是Al(OH)3和_______。写出过量物质A与“滤液1"中溶质生成Al(OH)3的离子方程式：_______。(3)“滤液2”中的Na2CrO4需要用H2SO4酸化，用离子方程式表示该反应：_______。(4)制取高纯铬常用电解法和铝热法，铝热法的缺点是_______。步骤④是在隔绝空气条件下，除生成Cr2O3外，还生成了Na2CO3和CO，若该反应中有3molNa2Cr2O7参加反应，则转移的电子为_______mol。(5)“滤渣1”中铁元素含量较高，具有回收价值。为回收金属，需要将含Fe3+的有机相进行反萃取。在有机相中Fe3+质量浓度为22.8g/L、有机相与水相的体积比(Vo：Va)=1：1、反萃取时间为20min、反萃取温度为25°C条件下，不同浓度的4种反萃取剂对Fe3+反萃取率的影响实验结果如图所示。当反萃取剂的浓度均为0.5mol·L-1时，反萃取效果最好的是_______(填化学式)，在实际操作中需在该反萃取剂中加入一定量H3PO4溶液，其目的是_______；但H3PO4浓度不宜过大，其原因是_______。[已知：(NH4)2HPO4溶液pH=7.8~8.2]5．（2022·河南洛阳·三模）碳酸锶(SrCO3)具有屏蔽X射线的功能，广泛应用于彩色显示装置、等离子显色装置的荧光屏玻璃中。工业上以天青石(主要成分为SrSO4，含少量BaSO4和CaSO4)和煤为原料生产碳酸锶。工艺流程如下：已知：①Sr(OH)2、Ba(OH)2、Ca(OH)2在不同温度下的溶解度(g)：温度/°C2040608090100Sr(OH)21.773.958.4220.244.591.2Ba(OH)23.898.2220.94101.4——Ca(OH)20.1730.1410.1210.0940.0860.076②浸取时发生反应：2SrS+2H2O=Sr(HS)2+Sr(OH)2，硫化锶的溶解度主要受氢氧化锶的溶解度影响。③BaSO4、SrCO3、BaCO3和SrSO4均难溶于水，在相同温度下的溶解度(S)关系如下：S(BaSO4)≈S(SrCO3)＜S(BaCO3)＜S(SrSO4)。回答下列问题：(1)天青石、煤混合粉碎的目的是___________。(2)天青石与煤焙烧时CO还原了SrSO4，反应的化学方程式为___________。(3)用热水浸取可以加快浸取速率，另外的主要作用是___________。(4)碳化过程控制条件让硫氢化锶吸收二氧化碳有利于产品质量的提高，并且可以提供硫化氢使氢氧化锶转化为硫氢化锶。写出碳化时硫氢化锶吸收二氧化碳的化学方程式：___________。(5)若达到碳化终点后继续碳化，则会使产品产率降低，结合化学方程式解释原因：___________，取碳化后的料浆滴入无色酚酞试剂，若___________表明到达碳化终点。(6)由于碳化所用的CO2中含有少量的O2、SO2等，在碳化时发生副反应，生成少量的SrSO3、SrSO4，所以要对碳化完成的碳酸锶浆进行脱硫处理。方法为加入纯碱，并加热煮沸，写出脱硫过程SrSO4与纯碱反应的化学方程式___________。6．（2022·河南新乡·三模）铂钌催化剂是甲醇燃料电池的阳极催化剂。一种以钌矿石[主要含Ru(CO3)2，还含少量的FeO、MgO、RuO4、CaO、SiO2]为原料制备钌(Ru)的流程如图。回答下列问题：(1)Na2Fe4(SO4)6(OH)2中Fe的化合价为____。(2)“酸浸”时，Na2SO3的作用____。“滤渣”的主要成分有SiO2和____(填化学式)。“酸浸”中钌的浸出率与浸出温度、pH的关系如图所示，“酸浸”的最佳条件是____。(3)“除铁”的离子方程式为____。(提示：1molNaClO3参与反应，转移6mol电子)(4)从“滤液2”中可提取一种化肥，其电子式为____。(5)“灼烧”时Ar的作用是____。(6)某工厂用10t钌矿石[含8.84tRu(CO3)2、165kgRuO4]，最终制得3636kgRu，则Ru的产率为____。(保留三位有效数字)7．（2022·河南商丘·三模）三氧化二砷(As2O3)可用于治疗急性早幼粒细胞白血病。利用某酸性含砷废水(含H3AsO3、H2SO4)可提取As2O3，提取工艺流程如下：已知：①As2O3为酸性氧化物；②As2S3易溶于过量的Na2S溶液中，故加入FeSO4，的目的是除去过量的S2-。回答下列问题：(1)废水中H3AsO3中砷元素的化合价为____(2)“焙烧”操作中，As2S3参与反应的化学方程式为_____(3)“碱浸”的目的___________，“滤渣Y”的主要成分是___________。(写化学式)。(4)“氧化”操作的目的是___________(用离子方程式表示)。(5)“还原”过程中H3AsO4转化为H3AsO3然后将“还原”后溶液加热，H3AsO3分解为As2O3。某次“还原”过程中制得了1.98kgAs2O3，则消耗标准状况下气体X的体积是___________L。(6)砷酸钠(Na3AsO4)可用于可逆电池，装置如图1所示，其反应原理为AsO+2H++2I-=AsO+I2+H2O。探究pH对AsO氧化性的影响，测得输出电压与pH的关系如图2所示。则a点时，盐桥中K+___________(填“向左”“向右”或“不”)移动，c点时，负极的电极反应为___________。8．（2022·河南新乡·二模）某工业生产上用铜镍矿石(主要成分为CuS、NiS、FeS、SiO2及不溶于酸的杂质)制备胆矾CuSO4•5H2O的流程如图。已知：有机萃取剂HR可以萃取Cu2+，其萃取原理(org为有机相)Cu2+(aq)+2HR(org)CuR2(org)+2H+(aq)。回答下列问题：(1)焙烧前粉碎的目的是____。(2)“调节pH时，生成氢氧化铁沉淀的离子方程式为____，试剂X的最佳选择是___(填标号)。a.HClb.NaOHc.H2SO4d.NH3•H2O(3)25℃时，“调节pH”后，测得滤液中各离子浓度及相关数据如表所示。(lg2=0.3)离子Fe3+Cu2+Ni2+Fe2+浓度/(mol·L-1)1.0×10-65.01.20对应氢氧化物的Ksp6.4×10-382.2×10-202.0×10-158.0×10-16该滤液的pH为___；加入的Cu(OH)2____(填“已经”或“没有”)完全溶解。(4)向“萃取”后的水相中加入一定量的NaClO和NaOH，能制得黑色不溶物NiOOH，该反应的化学方程式为___。(5)“操作Ⅱ”包括洗涤，洗涤该沉淀的操作为___。(6)将得到的胆矾产品做热重分析，测得的数据如图所示。已知：杂质不分解，250℃时，胆矾失去所有结晶水。则A点胆矾分解得到的物质为___(填化学式)；该胆矾产品的纯度为___(保留4位有效数字)。9．（2022·安徽淮南·二模）锗是一种稀散金属，在光纤通信、航空航天等领域有广泛应用，模拟从氧化锌烟灰(成分有ZnO、ZnO·GeO2、FeO·GeO2、Fe2O3·GeO2、PbO等)中提取锗元素的流程图如下：已知：①浸取后溶液pH为2，Ge以GeO2+的形式存在；②单宁酸为复杂有机酸，易与Fe3+络合沉淀。(1)浸取时ZnO·GeO2发生反应的化学方程式是_______，浸渣的主要成分是_______。(2)试剂X的作用是_______。(3)下图为沉锗时溶液pH对锗沉淀率的影响，则适宜的pH应为_______(填标号)。A．1.0 B．2.0 C．2.5 D．3.0(4)沉锗时有一段沉锗和二段沉锗两种工艺，单宁酸用量与锗沉淀率关系如表所示，工业常用二段沉锗工艺且单宁酸总用量为25倍，其原因是_______。一段沉锗单宁酸总用量/倍1015202530锗沉淀率/%88.589.590.591.593.5二段沉锗单宁酸总用量/倍1015202530锗沉淀率/%9293.594.59797.5(5)可从滤液中回收的金属元素主要有_______。(6)若用C2H2O表示单宁酸，压滤后的含锗沉淀表示为GeO(C2H2O)2SO4，其在空气中灼烧会得到SO2、H2O、CO2三种气体，该反应方程式为_______。10．（2022·安徽芜湖·三模）硫酸锰是一种重要的化工中间体。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿(主要成分为MnO2等锰的氧化物)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下：已知：①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。②金属离子在水溶液中沉淀的pH范围如下表所示(25℃)：物质Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Al(OH)3开始沉淀的pH1.97.67.33.0完全沉淀的pH3.29.69.35.2③离子浓度≤10-5mol·L-1时，离子沉淀完全。(1)“混合焙烧”的主要目的是_______(2)若试剂a为MnO2，则氧化步骤发生反应的离子方程式为_______，若省略“氧化”步骤，造成的影响是_______。(3)“中和除杂”时，应控制溶液的pH范围是_______。(4)“氟化除杂”后，溶液中c(F-)浓度为0.05mol·L-1。则溶液中c(Mg2+)和c(Ca2+)的比值=_______(已知：Ksp(MgF2)=6.4×10-10；Ksp(CaF2)=3.6×10-12)(5)“碳化结晶”时发生反应的离子方程式为_______，选择NH4HCO3而不选择Na2CO3溶液的原因是_______。11．（2022·安徽芜湖·三模）硫酸锰是一种重要的化工中间体。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿(主要成分为MnO2等锰的氧化物)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下：已知：①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。②金属