专项12-工艺流程的目的、作用、原因(原卷版)

备战2022年高考化学－工艺流程专项复习系列专项12－工艺流程的目的、作用、原因一．例题废旧可充电电池主要含有Fe、Ni、Cd、Co等金属元素，一种混合处理各种电池回收金属的新工艺如下图所示。已知：Ⅰ．滤液①中含有Ni(NH3)62+、Cd(NH3)42+、Co(NH3)62+等物质。Ⅱ．萃取和反萃取的反应原理分别为:Ni(NH3)62++2HRNiR2+2NH4++4NH3；NiR2+2H+Ni2++2HR（1）为了加快浸取速率，可采取的措施为__________________________________（任写一条）。（2）已知浸取过程中NH3和NH4+的物质的量之和与Ni、Cd、Co浸取率的关系如表2所示。表2浸取过程中氨总量与各离子浸取率的关系编号n(NH3)+n(NH4+)/molNi浸取率/%Cd浸取率/%Co浸取率/%①2.697.288.698.1②3.586.098.886.7③4.898.498.894.9④5.697.785.196.8⑤9.895.684.196.1则可采用的最佳实验条件编号为___________。（3）Co(OH)3与盐酸反应产生气体单质，该反应的化学方程式____________________________________。（4）操作①的名称为_______________、过滤、洗涤。（5）向有机相中加入H2SO4能进行反萃取的原因为___________________________________________（结合平衡移动原理解释）。（6）将水相加热并通入热水蒸气会生成CdCO3沉淀，并产生使红色石蕊试纸变蓝的气体，该反应的离子方程式为_________________________________________________________。（7）上述工艺流程中可能循环使用的物质为______________________________。（8）已知Ksp(CdCO3)=1.0×10-12，Ksp(NiCO3)=1.4×10-7。若向物质的量浓度均为0.2mol/L的Cd2+和Ni2+溶液中滴加Na2CO3溶液(设溶液体积增加1倍)，使Cd2+恰好沉淀完全，即溶液中c(Cd2+)=1.0×10-5mol/L时，是否有NiCO3沉淀生成(填“是”或者“否”)________________________________________。二．例题设问的素养水平维度划分总结出几种问法的特点：（1）对物质性质及其变化进行分析和推断（2）对化学实际问题进行条件的选择与筛分（3）能根据化学平衡原理说明物质转化的规律（4）对化学反应的本质有一定的认识（5）根据已有经验设计简单实验三．对三种问法的定义目前很多模拟题命题与答案不严谨，导致教学与考试不一致，结合高考题，给出答题要求。1．作用：使用试剂、装置或操作在本步骤作为手段、工具，达成的效果。2．目的：在作用的基础上，加上实验或流程的最终要求，并且在反应物、反应过程、产物阶段的目的要一致，但答题语言要区分。3．原因、理由：与目的得答题语言类似，涉及的内容比较广泛，一定要答出物质、操作的效果，酌情回答对最终结果的影响。四．结合素养水平维度与定义分析1．作用【2019全国Ⅲ卷】高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。回答下列问题：“氧化”中添加适量的MnO2的作用是________________________。2．目的【2020全国Ⅱ卷】苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理简示如下：+KMnO4→+MnO2+HCl→+KCl（2）停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤，用少量冷水洗涤，放在沸水浴上干燥。称量，粗产品为1.0g。加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是__________________________________________________________。3．原因、理由【2020全国Ⅰ卷】采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是_______________________________________。【2019全国Ⅰ卷】硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：步骤③中选用足量的H2O2，理由是___________________________________________________。五．高考题与典型模拟题【2021甲卷】I2在KI溶液中可发生反应。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___________________________。【2021辽宁卷16】从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如下：已知：pH较大时，二价锰在空气中易被氧化。回答下列问题：（6）“提纯”过程中Na2S2O3的作用为___________________________________。【2020新课标Ⅰ】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。回答下列问题：（1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是_________________________。（6）“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是_________________________。【2020新课标Ⅲ】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）：回答下列问题：（1）“碱浸”中NaOH的两个作用分别是______________________________________________。（6）将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是______________________________。【2020年山东新高考】用软锰矿（主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3）和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下：回答下列问题：（2）保持BaS投料量不变，随MnO2与BaS投料比增大，S的量达到最大值后无明显变化，而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小，减小的原因是________________________。【2020江苏卷】实验室由炼钢污泥（简称铁泥，主要成份为铁的氧化物）制备软磁性材料α−Fe2O3。其主要实验流程如下：除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液，使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、将会导致CaF2沉淀不完全，其原因是[，]。【练习】工业上常用水钴矿（主要成分为Co2O3，还含少量Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO等杂质）制备钴的氧化物，其制备工艺流程如下（已知Na2SO3能还原Fe3＋和Co3＋）：（1）溶液a中加入NaClO的作用是___________________________________（2）溶液d中的金属离子只有Co2＋和Na＋两种，则溶液c中加入NaF溶液的作用是_______________3．工业上用含三价钒（V2O3）为主的某石煤为原料（含有Al2O3、CaO等杂质），钙化法焙烧制备V2O5，其流程如下：（资料）+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系:pH4～66～88～1010～12主要离子VO2+VO3-V2O74-VO43-（2）转沉：将浸出液中的钒转化为NH4VO3固体，其流程如下：①浸出液中加入石灰乳的作用是_____。②向（NH4）3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH=7.5。当pH>8时，NH4VO3的产量明显降低，原因是_______________。【练习】工业上用钛白渣[主要成分为FeSO4，还含有少量Fe2（SO4）3、MgSO4及TiOSO4]为主要原料生产氧化铁黄（FeOOH）的一种工艺流程如下：（1）“溶解”时，TiOSO4发生水解生成难溶于水的H2TiO3，反应的化学方程式为________。（2）“除杂”时，加入NH4HF2固体的作用是______________________________________。（3）实验测得反应溶液的pH、温度对氧化铁黄产率的影响如图所示。①反应温度宜选择________。②氧化时应控制pH的合理范围是4.5左右，pH过小或过大均会导致氧化铁黄产率较低，其可能原因是__________________________________。【练习】目前中药在世界医学界越来越受到关注。中药药剂砒霜（主要成分As2O3）可用于治疗急性白血病。工业上利用酸性高浓度含砷废水（砷主要以亚砷酸H3AsO3形式存在）提取As2O3的工艺流程如下：已知：As2S3与过量的S2-存在以下反应：As2S3（s）+3S2-（aq）2AsS32-（2）“沉砷”中FeSO4的作用是________________________。（4）调节pH=0时，发现酸性越强，As2O3的产率越高。可能的原因是__________________。【练习】实验室以工业废铁为原料制取绿矾(FeSO4·7H2O)，并用绿矾为原料制备Fe(OH)SO4溶液和NH4Fe(SO4)2·12H2O晶体，其实验流程如下：已知：FeSO4·7H2O和NH4Fe(SO4)2·12H2O随温度变化的溶解度曲线如下图。（1）废铁溶解前需要用热的饱和Na2CO3溶液浸泡，目的是________________________________________。（2）溶解时控制溶液温度为70～80℃，目的是__________________，溶解时铁需过量的原因是________________。（3）氧化时将绿矾分批次加入到浓硝酸中，搅拌，反应1h，有红棕色气体生成，同时得到Fe(OH)SO4，发生的化学方程式为________________________________。氧化结束后不能采用加热煮沸的方法除去溶液中剩余的硝酸，理由是________________________________________(任写一条)。【练习】锌浮渣主要含Zn、ZnO、SiO2、Fe2+、Cd2+、Mn2+，工业上可通过控制条件逐一除去杂质以制备超细活性氧化锌，其工艺流程如下：（1）锌浮渣利用硫酸浸出后，将滤渣1进行再次浸出，其目的是_________________________。（3）90℃时，净化2溶液中残留铁的浓度受pH影响如图。pH值中等时，虽有利于Fe2+转化为Fe3+，但残留铁的浓度仍高于pH为3～4时的原因是________________________。（5）碳化在50℃进行,“前驱体”的化学式为ZnCO3•2Zn（OH)2•H2O，碳化时所用NH4HCO3的实际用量为理论用量的1.1倍，其原因一是为了使Zn2+充分沉淀，二是_______________________________________。【练习】锌是一种常用金属，工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等）湿法制取金属锌的流程如图所示，回答下列问题。已知：Fe的活泼性强于Ni。（2）“净化Ⅰ”操作加入ZnO，调节溶液pH为3.3~6.7；加热到60℃左右并不断搅拌，加热搅拌主要目的是_______________________________________。（3）“净化Ⅰ”生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是____________。（4）“净化Ⅱ”中加入过量Zn的目的是____________________________。【练习】钛铁矿的主要成分为FeTiO3（可表示为FeO·TiO2），含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质。利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料（钛酸锂Li4Ti5O12和磷酸亚铁锂LiFePO4）的工业流程如下图所示：反应②中固体TiO2转化成(NH4)2Ti5O15溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如下图所示。反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是_______________________________________________________。【练习】工业上从电解精炼铜的阳极泥(含金、银、铜、硒等单质)中提取硒的湿法工艺流程如下：（1）向溶液X中加入铁屑的作用是___________________________，此操作中不能加入过量铁粉的原因是______________________________。（2）实验室中制取SO2的原理为：Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2↑，此处应使用_______________(填“较浓的硫酸”或“稀硫酸”)，原因是_________________________________。【练习】2019年诺贝尔化学奖颁给了为锂电池发展作出突出贡献的三位科学家。某废旧锂电池正极主要由LiFePO4、铝箔、炭黑等组成，Fe、Li、P具有极高的回收价值，具体流程如下：（2）过程ⅱ中HCl/H2O2的作用是__________________________________________。（3）浸出液X的主要成分为Li+、Fe3+、H2PO4-等。过程ⅲ控制碳酸钠溶液浓度20%、温度85℃、反应时间3h条件下，探究pH对磷酸铁沉淀的影响，如图所示。①综合考虑铁和磷沉淀率，最佳pH为____________________。②结合平衡移动原理，解释过程ⅲ中pH增大，铁和磷沉淀率增大的原因_______________________________。③当pH＞2.5后，随pH增加，磷沉淀率出现了减小的趋势，解释其原因__________________________。【练习】高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型的污水处理剂。K2FeO4的应用。K2FeO4可用于生活垃圾渗透液的脱氮(将含氮物质转化为N2)处理。K2FeO4对生活垃圾渗透液的脱氮效果随水体pH的变化结果如下：pH大于8时，脱氮效果随pH的升高而减弱，分析可能的原因：___________________。【练习】金属是重要但又匮乏的战略资源。从废旧锂电池的电极材料（主要为附在铝箔上的LiCoO2，还有少量铁的氧化物）中回收钴的一种工艺流程如下请回答下列问题（3）在“滤液1”中加入20﹪Na2CO3溶液，目的是___________________________；检验“滤液1”中Fe2+是否完全被氧化、不能用酸性KMnO4溶液，原因是___________________________。（4）如将硫酸改为盐酸浸取“钴渣“，也可得到Co2+。①浸取时，为提高”钴渣”中浸取率，可采取的措施有___________________（任写一条）。②工业生产中一般不用盐酸浸取“钴渣”，其原因是_________________________________。【练习】以高钛渣(主要成分为Ti3O5，含少量SiO2、FeO、Fe2O3)为原料制备白色颜料TiO2的一种工艺流程如下：已知：Na2TiO3难溶于碱性溶液；H2TiO3中的杂质Fe2＋比Fe3＋更易水洗除去。除杂后的滤液中获得的NaOH可循环利用，则“水浸”时，用水量不宜过大的主要原因是_________________。【练习】工业上以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，含有MgO、SiO2等杂质]为原料，制备金属钛和铁红的工艺流程如下：已知：①酸浸时，FeTiO3转化为Fe2＋和TiO2＋；②本实验温度下，Ksp[Mg(OH)2]＝1.0×10－11；请回答下列问题：（3）“沉铁”过程需控制反应温度低于35