2025版高三化学二轮复习天天增分练 大题分类练2　化学工艺流程

大题分类练2化学工艺流程授课提示：天天增分特训56页(分值：60分)1．(15分)综合利用炼锌矿渣[主要含铁酸镓Ga2Fe2O4已知：①Fe2O4②常温下，“浸出液”中金属离子的浓度、完全沉淀的pH及对应浓度下开始沉淀的pH见表。金属离子Fe2＋Fe3＋Zn2＋Ga3＋浓度/(mol·L－1)1.0×10－34.0×10－21.53.0×10－3完全沉淀的pH(当离子浓度≤1×10－5mol·L－1)8.343.28.25.3开始沉淀的pH7.342.45.83.8③金属离子在该工艺条件下的萃取率(进入有机层中金属离子的百分数)见表。金属离子Fe2＋Fe3＋Zn2＋Ga3＋萃取率/%099097～98.5④在电解过程中，电位为正表现出氧化性，电位为负表现出还原性。以Ga的电位为参照，Fe、Cu的电位为正，Zn的电位为负；以Ga3＋的电位为参照，Fe2＋、Cu2＋的电位为正，Zn2＋的电位为负。⑤“水层”中只含有一种金属阳离子。回答下列问题。(1)基态铁原子的价层电子排布式为________；“转化1”中加入H2O2的作用是________________________。(2)“转化2”中加入的固体X为________(填化学式)；Ga与Al同主族，化学性质相似，“反萃取”过程中发生反应的离子方程式为______________________________。(3)“电解”过程包括电解反萃取液制粗镓和粗镓精炼两个步骤。若将某工业粗镓(含少量Zn、Fe、Cu杂质)进行电解精炼制高纯镓，精炼时，以粗镓为阳极，以NaOH溶液为电解液，阴极的电极材料为________(填名称)，阳极泥中含有的金属有________(填化学式)。(4)利用上述流程综合利用炼锌矿渣可获得的金属盐除镓盐、钠盐外，还有________、________(填化学式)。(5)采用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉积)技术制备的GaN，晶胞如图甲，可看作金刚石晶胞内部的碳原子被Ga原子取代。①设晶胞边长为anm，NA为阿伏加德罗常数的值，则GaN晶体的密度为______________(用含a和NA的表达式表示)g·cm－3。②以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，若沿z轴投影的晶胞中所有原子分布如图乙，则3号原子的分数坐标为____________。解析：炼锌矿渣用稀硫酸酸浸后所得滤液中含有Fe2＋、Fe3＋、Zn2＋、Ga3＋，加入双氧水氧化Fe2＋，调节pH＝5.4，沉淀Fe3＋和Ga3＋，滤液1中含有Zn2＋；得到的滤饼加入盐酸酸化得到氯化铁和氯化镓，加入固体铁把Fe3＋转化为Fe2＋，然后利用萃取剂萃取Ga3＋，加入氢氧化钠溶液使Ga3＋转化为NaGaO2，电解NaGaO2溶液生成单质Ga。(5)①由晶胞结构可知，一个晶胞中Ga、N原子个数均为4，晶胞质量为4×14+4×70NAg，晶胞体积为(a×10－7)3cm3，则GaN晶体的密度为ρ＝答案：(1)3d64s2把Fe2＋氧化成Fe3＋(2)FeGa3++4OH(3)高纯镓Cu、Fe(4)ZnSO4FeCl2(5)①84×4NAa×10−72．(15分)铟是一种稀有贵金属，广泛应用于航空航天、太阳能电池等高科技领域。从火法炼铜烟灰酸浸渣(主要含PbO、Fe2O3、In2O3)中提取铟和氧化铅的工艺流程如图。已知：①焙烧后金属元素均以硫酸盐的形式存在。②In(OH)3属于弱电解质。回答下列问题。(1)基态铟(49In)原子价层电子的轨道表示式为________________________________________________________________________。(2)“还原铁”反应的离子方程式为____________________________________________。(3)“萃取除铁”中，当溶液pH＞1.5时，萃取剂对In3＋的萃取率随pH的升高而下降，原因是__________________________________________________________。(4)生成PbO粗品的化学方程式为_________________________________________________________________________________________________________________。(5)为测定某PbO产品的纯度，探究小组同学准确称取PbO样品1.161g，加入稀硝酸使其完全溶解，再加入蒸馏水配制成50.00mL溶液，冷却至25℃，用0.1000mol·L－1H2SO4溶液滴定该溶液，滴定曲线如图所示。已知：PbO＋2HNO3=Pb(NO3)2＋H2O；a点的坐标为(50，3.8)。①25℃，Ksp(PbSO4)＝________。②PbO产品的纯度＝________%(保留到整数位)。(6)PbO的晶胞结构如图所示，晶体密度为ρg·cm－3，用NA表示阿伏加德罗常数的值，则晶胞中Pb2＋与O2－的最近距离为________cm。解析：火法炼铜烟灰酸浸渣(主要含PbO、Fe2O3、In2O3)经硫酸化、焙烧，得到的焙砂含有PbSO4、Fe2(SO4)3、In2SO43，向焙砂中加入H2O水浸，PbSO4难溶于水，则浸渣中含有PbSO4，向浸渣中加入10%NaOH溶液在加热条件下反应，再冷却、过滤得到PbO粗品，再经过提纯得到PbO纯品，Fe2(SO4)3、In2(SO4)3易溶于水，则浸液中含有Fe2(SO4)3、In2(SO4)3，向浸液中加入Na2SO3将Fe3＋还原为Fe2＋，再加入萃取剂萃取In3＋，有机相中含有In3＋，向有机相中加入硫酸进行反萃取，In3＋重新回到水相，最后经过一系列操作得到粗铟。(5)①由图可知，a点是PbNO32与H2SO4恰好完全反应生成PbSO4沉淀的点，此时c(Pb2＋)＝c(SO42−)＝10－3.8mol·L－1，则25℃，Ksp(PbSO4)＝10－7.6。②根据反应Pb(NO3)2＋H2SO4=PbSO4↓＋2HNO3可知，n(PbO)＝n(Pb2＋)＝n(H2SO4)＝0.1000mol·L－1×0.05L＝0.005mol，则m(PbO)＝0.005mol×223g·mol－1＝1.115g，故PbO产品的纯度＝1.1151.161×100%≈96%。(6)根据均摊法可知，一个PbO的晶胞中含有4个Pb2＋和4个O2－，则一个晶胞的质量：m(晶胞)＝223NA×4g，一个晶胞的体积：V(晶胞)＝m晶胞ρPbO＝223NA答案：(1)(2)2Fe3++S(3)In(OH)3属于弱电解质，pH升高，铟离子(In3＋)发生水解，导致In3＋的萃取率下降(4)PbSO4＋2NaOHPbO＋Na2SO4＋H2O(5)①10－7.6②96(6)33．(14分)镉(Cd)是炼锌业的副产品，主要用在电池、染料稳定剂，同时也是重要的污染源，回收再利用以减少排放是重要课题。某冶炼厂的镉废渣中主要含有Cd、CdO，还含有Cu、Zn、Pb、Fe、CuO和SiO2等杂质，从镉废渣中回收镉的一种工艺流程如图所示。已知：①Ksp(CaSO4)＝9.1×10－6，Ksp(PbSO4)＝1.6×10－8②溶液中金属离子开始沉淀(c＝0.01mol·L－1)和完全沉淀(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH如表所示。离子Zn2＋Cd2＋Fe2＋Pb2＋Cu2＋Fe3＋开始沉淀时8.27.87.56.75.22.2完全沉淀时9.79.39.08.56.73.2回答下列问题。(1)将废渣先“浆化”再“酸浸”的目的是________________________________。(2)“压滤”所得滤渣Ⅰ的主要成分是____________________(填化学式)；“酸浸”后滤液中还含有微量的Pb2＋，其微量存在的主要原因是_______________________。(3)“除铁”时，加入的石灰乳调节溶液pH的范围是__________________，若石灰乳加过量，缺陷是______________________________。(4)将“置换”出来的海绵镉在空气中堆放反复搅拌进行“自然氧化”，再用硫酸进行“酸溶”，“置换净化”处理是将残余的微量的Cu2＋和Pb2＋进行深度脱除，以提高阴极镉产品的纯度，写出“置换净化”除Pb2＋的离子反应方程式：________________________。(5)电极电位是表示某种离子或原子在溶液中得失电子的难易程度。在25℃下，部分电对的电极电位如表所示。电对Fe3＋/Fe2＋Cu2＋/CuH＋/H2Pb2＋/Pb电极电位/V＋0.771＋0.3370－0.126电对Cd2＋/CdFe2＋/FeZn2＋/ZnCa2＋/Ca电极电位/V－0.402－0.442－0.762－2.86根据表中信息和已有知识可知，采用低电流条件“电积”时，阴极主要得到的是镉不是锌的原因：____________________________________。解析：某冶炼厂的镉废渣中主要含有Cd、CdO，还含有Cu、Zn、Pb、Fe、CuO和SiO2等杂质。将镉废渣浆化、再加入稀硫酸进行酸化，可增大废渣与稀硫酸的接触面积，提高浸取率；加入稀硫酸后，Cd、CdO、Zn、Pb、Fe、CuO都发生溶解，此时SiO2、Cu、PbSO4不溶，由于PbSO4的溶度积较大，溶液中仍溶有少量Pb2＋；加入H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，再加入石灰乳除铁，此时Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀；滤液中加入足量Zn，Cd2＋被还原为Cd，少量的Cu2＋、Pb2＋也会被还原；将海绵镉自然氧化，再用硫酸酸溶，加入新制海绵镉，此时对残余的微量的Cu2＋和Pb2＋进行深度脱除，以提高阴极镉产品的纯度；然后进行二次处理，再进行电积，得到阴极镉。(1)由分析可知，将废渣先“浆化”再“酸浸”的目的是增大接触面积，加快“酸浸”速率和提高浸出率。(2)从分析中可以得出，“压滤”所得滤渣Ⅰ的主要成分是Cu、SiO2和PbSO4；Ksp(PbSO4)＝1.6×10－8，溶度积常数较大，使得“酸浸”后滤液中还含有微量的Pb2＋，其微量存在的主要原因是：PbSO4的Ksp不足够小或硫酸的浓度不足够大，使溶液中仍有微量Pb2＋存在。(3)“除铁”时，加入的石灰乳，目的是除去Fe3＋，不让其他离子(如Cu2＋)产生沉淀，则调节溶液pH的范围是3.2≤pH<5.2。因CaSO4微溶，“除铁”时，所得滤渣Ⅱ的成分除Fe(OH)3外还有CaSO4；若石灰乳过量，滤渣Ⅱ中常含有CdOH2和CuOH2，则缺陷是：Cd(OH)2进入滤渣Ⅱ而损失。(4)根据题意判断海绵镉中有Zn、Cd和微量Cu、Pb。“酸溶”所得的溶液中含有微量的Cu2＋和Pb2＋，在“置换净化”时加入更活泼的新制海绵镉，可以将Cu2＋和Pb2＋转化为单质而除去，离子反应方程式为Cd＋Pb2＋=Pb＋Cd2＋。(5)根据金属活动性顺序和题表中电对的电极电位，可推断表中元素的活动性顺序为Ca>Zn>Fe>Cd>Pb>H>Cu，由此可以判断电对的电极电位数值越大，电对中氧化态的氧化能力越强。根据电极电位可知氧化性：Cd2＋>Zn2＋，故采用低电流密度条件“电积”时，阴极主要发生的电极反应为Cd2＋＋2e－=Cd，则阴极主要得到的是镉不是锌的原因：从表中可知Zn答案：(1)增大接触面积，加快“酸浸”速率和提高浸出率(2)Cu、SiO2和PbSO4PbSO4的Ksp不足够小或硫酸的浓度不足够大，使溶液中仍有微量Pb2＋存在(3)3.2≤pH<5.2Cd(OH)2进入滤渣Ⅱ而损失(4)Cd＋Pb2＋=Pb＋Cd2＋(5)从表中可知Zn2＋氧化性弱于Cd2＋，不被还原4．(16分)(2024·安徽黄山二模)氧缺位体(CuFe2O4－δ)是热化学循环分解水制氢的催化剂。一种以黄铜矿(主要成分是CuFeS2，含Al2O3、SiO2等杂质)为原料制备CuFe2O4－δ流程如图所示。已知：①酸浸后溶液中的金属离子有Cu2＋、Fe2＋、Al3＋和Fe3＋。②25℃时已知几种金属离子沉淀的pH如表所示。请回答下列问题。(1)CuFeS2“焙烧”时生成三种氧化物，其中金属氧化物的化学式为__________。(2)焙烧产物中的SO2在有氧条件下利用石灰石浆液吸收可制得一种副产品__________(填化学式)。(3)流程中，若无“还原”工序，造成的后果是_________________________。(4)已知Cu(NH3)2Cl2有两种同分异构体，则“沉铁”过程中生成的[Cu(NH3)4]2＋的空间结构是__________。(5)“灼烧”工序的化学方程式是______________________________，“煅烧”时通入N2的作用是____________________。(6)“煅烧”CuFe2O4得到氧缺位体(CuFe2O4－δ)时，不同温度范围内，发生变价的金属元素不同，某温度下制得的氧缺位体质量为原质量的99%，则δ＝__________。(7)氧缺位体催化分解水制氢可分为两步：第一步：__________________(完成方程式)；第二步：2CuFe2O4=2CuFe2O4－δ＋δO2↑。解析：(1)已知酸浸后的溶液中金属离子有