高考化学第二轮专项复习专题六　大题突破2　化工流程题的综合分析(A、B两练)含答案或解析

化工流程题的综合分析(A)1.(10分)(2024·山东，18)以铅精矿(含PbS、Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag的工艺流程如下：(1)“热浸”时，难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2-和[AgCl2]-及单质硫。溶解等物质的量的PbS和Ag2S时，消耗Fe3+物质的量之比为；溶液中盐酸浓度不宜过大，除防止“热浸”时HCl挥发外，另一目的是防止产生(填化学式)。

(2)将“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶，电解所得溶液可制备金属Pb。“电解Ⅰ”阳极产物用尾液吸收后在工艺中循环使用，利用该吸收液的操作单元为。

(3)“还原”中加入铅精矿的目的是。

(4)“置换”中可选用的试剂X为(填标号)。

A.Al B.ZnC.Pb D.Ag“置换”反应的离子方程式为

。

(5)“电解Ⅱ”中将富银铅泥制成电极板，用作(填“阴极”或“阳极”)。

2.(10分)电子级氢氟酸是微电子行业的关键性基础材料之一，由萤石粉(主要成分为CaF2，含有少量SiO2和微量As2O3等)制备的工艺如下：(1)“酸浸”时生成HF的化学方程式为，工业生产时往往会适当加热，目的是。

(2)“精馏1”设备使用的材料可选用(填字母)。

A.玻璃 B.陶瓷C.石英 D.金(3)已知H2SiF6是一种配位酸，酸性与硝酸相近，可与KMnO4溶液反应制备极易溶于水的强酸HMnO4，反应的离子方程式为。

(4)“氧化”时将AsF3氧化为AsF5。AsF5的沸点高于AsF3，原因是。

(5)液态HF是酸性溶剂，能发生自偶电离：HFH++F-，由于H+和F-都溶剂化，常表示为3HFH2F++HF2−。在HF溶剂中AsF5、BF3呈酸性，HClO3、HNO3、H2O呈碱性，比如AsF5、HClO3的电离方程式分别为AsF5+2HFAsF6−+H2F+、HOClO2+2HF(HO)2ClO++HF2①写出BF3与HNO3反应的离子方程式：。

②已知：H2O与AsF5反应生成HAsF6。结合H+的能力：H2O(填“>”“<”或“=”)AsF6−3.(10分)(2023·石家庄质量检测)钼酸铋作为新型半导体光催化材料，因其具有优异的离子导电性、介电性、气体传感性和催化性而广泛应用于生产生活中。以氧化铋渣(主要成分是Bi2O3、Sb2O3，还含有Fe2O3、ZnO、Ag2O和SiO2等杂质)为原料制备钼酸铋(Bi2MoO6，其中Mo为+6价)的工艺流程如图：(1)基态83Bi的价层电子排布为。

(2)“浸渣”的主要成分为(填化学式)。

(3)“除锑”过程中发生反应的化学方程式为

；

该过程需要加热的原因为。

(4)已知：硫代乙酰胺()在酸性溶液中会水解为乙酰胺()和硫化氢；H2S的Ka1=1.0×10-7，Ka2=1.0×10-13；Ksp(Bi2S3)=2.0×10-99。①硫化氢会进一步发生反应：2Bi3+(aq)+3H2S(aq)=Bi2S3(s)+6H+(aq)，计算该反应的平衡常数K=。

②硫代乙酰胺比乙酰胺的沸点低，其原因为

。

(5)“酸溶”时会有NO逸出，此过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为。

(6)已知钼酸铋在空气中放置会变质，生成Bi2O2CO3和MoO3，该过程中的化学方程式为。

(7)Bi2O3的立方晶胞结构如图所示，以A点为原点建立原子分数坐标，已知A点坐标为(0，0，0)，B点坐标为(34，34，14)，则C点坐标为4.(10分)电解锰渣中含有很多重金属[主要含有MnSO4、PbSO4、CaSO4、Fe2(SO4)3、MnO2、SiO2]会造成环境污染。电解锰渣的资源化利用既能解决污染问题又能取得较好的经济效益。下面是某课题组研究的工艺流程：(1)“还原酸浸”时氧化产物是S，MnO2被还原的离子方程式为。

(2)操作X的名称是。

(3)“沉铅”时若用同浓度的(NH4)2CO3溶液代替NH4HCO3溶液，会生成Pb2(OH)2CO3，原因是

。

(4)调pH所加的试剂Y，可选择(填字母)。

a.CaOb.MnCO3c.CaCO3d.Al2O3e.氨水(5)写出“除钙”时发生反应的离子方程式：

；

若“除钙”后溶液中c(Mn2+)=0.53mol·L-1，则应控制溶液中c(F-)的范围为

(当溶液中金属离子浓度小于10-5mol·L-1，可以认为该离子沉淀完全。已知：MnF2的Ksp=5.3×10-3；CaF2的Ksp=1.5×10-10，15≈3.87)。5.(10分)硼化钛(结构式为BTiB)常用于制备导电陶瓷材料和PTC材料。工业上以高钛渣(主要成分为TiO2、SiO2、Al2O3和CaO，另有少量MgO、Fe2O3)为原料制取TiB2的流程如下：已知：①电弧炉是由石墨电极和石墨坩埚组成的高温加热装置；②B2O3高温下蒸气压大、易挥发；③TiO2可溶于热的浓硫酸形成TiO2+。(1)“水解”需在沸水中进行，离子方程式为

，

该工艺中，经处理可循环利用的物质为(填化学式)。

(2)“热还原”中发生反应的化学方程式为，B2O3的实际用量超过了理论化学计量所要求的用量，原因是。仅增大配料中B2O3的用量，产品中的杂质含量变化如图所示。杂质TiC含量随w%增大而降低的原因是

(用化学方程式解释)。

(3)原料中的B2O3可由硼酸脱水制得。以NaB(OH)4为原料，用电渗析法制备硼酸(H3BO3)的工作原理如图所示，产品室中发生反应的离子方程式为

。

若反应前后NaOH溶液的质量变化为mkg，则制得H3BO3的质量为kg。

化工流程题的综合分析(B)1.(10分)(2024·河南高三适应性测试)硝酸镉晶体Cd(NO3)2·4H已知：常温下，有关金属离子形成氢氧化物沉淀的相关pH见下表。Fe(OH)3Al(OH)3Cd(OH)2开始沉淀的pH2.34.08.2沉淀完全的pH4.25.29.7(1)Cd位于第五周期，与Zn同族，基态镉原子的价层电子排布式为。

(2)“酸溶”时，反应温度不宜过高，原因是

。

(3)“滤渣1”的主要成分是。

(4)“除杂”步骤中，加入CdCO3的目的是调pH，范围为；该过程中Fe3+发生反应的离子方程式为。

(5)“系列操作”步骤中，将滤液送入蒸发器浓缩至，然后送至结晶器进行冷却结晶，可得到硝酸镉晶体。

(6)硝酸镉晶体需在低温的条件下烘干。其在111.2℃时失去结晶水，217.3℃时分解产生CdO和红棕色的混合气体，该混合气体可以使带火星的木条复燃。硝酸镉在217.3℃时分解的化学方程式为。

2.(10分)(2024·甘肃酒泉模拟)甘肃矿产资源丰富，金属冶炼在国民经济发展中有着重要的作用。锰酸锂离子蓄电池是第二代锂离子动力电池，工业上用某软锰矿(主要成分为MnO2，还含有少量铁、铝及硅的氧化物)为原料制备锰酸锂(LiMn2O4)，流程如图所示：(1)“酸浸”时，为了提高各物质的浸出速率，除了适当升高温度外，还可以采取的措施是(写一条即可)。

(2)“还原”步骤得到的溶液中阳离子主要是Mn2+，生成Mn2+的离子方程式为

；

滤渣1的主要成分为。

(3)已知某离子浓度[用c(M)表示]形成沉淀与溶液pH的关系如图所示：则“精制”过程中，加MnO调节pH的范围是。

(4)“沉锰”得到的是Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4滤饼，所得滤液回收可用于。

(5)“锂化”是将MnO2和Li2CO3按4∶1的物质的量比配料，球磨3~5h，然后升温至600~750℃，保温24h，自然冷却至室温得产品，写出反应的化学方程式：。

3.(10分)(2024·南宁模拟)GaN是制造微电子器件、光电子器件的新型半导体材料。综合利用炼锌矿渣｛主要含铁酸镓[Ga2(Fe2O4)已知：①Fe2O42−在酸性条件下不稳定，易转化为Fe②常温下，“浸出液”中的金属离子对应的氢氧化物的溶度积常数如下表，离子浓度小于1×10-5mol·L-1时可视为沉淀完全。氢氧化物Fe(OH)2Fe(OH)3Zn(OH)2Ga(OH)3Ksp4.9×10-172.8×10-391.8×10-148.0×10-32③lg2≈0.3，lg5≈0.7。(1)为提高浸出率，可采取的措施为(填字母)。

a.将矿渣粉碎b.降低温度c.把稀硫酸换成浓硫酸d.延长浸出时间(2)已知纤锌矿结构的GaN晶胞结构与金刚石结构类似，则该种GaN晶体的类型为，基态Ga原子价层电子的轨道表示式为。

(3)ZnFe2O4与稀硫酸反应的化学方程式为

。

(4)“调pH”时需调节溶液pH不低于。

(5)检验“滤液1”中是否含有Fe3+的试剂为(填名称)。

(6)电解反萃取液(溶质为Na[Ga(OH)4])制粗镓的装置如图所示，阳极的电极反应式为，电解废液经处理后可循环使用，其主要溶质为(填化学式)。

4.(10分)(2024·广西高三模拟)工业上，从铜镍矿(主要成分为铜氧化物、镍氧化物，含有Fe2O3、FeO、MgO等杂质)中提取镍和铜的一种工艺流程如下：已知：①一些物质的Ksp(25℃)如下。物质Fe(OH)2Fe(OH)3Mg(OH)2Ni(OH)2Ksp4.9×10-172.8×10-395.6×10-122.1×10-15②当溶液中某离子浓度c≤10-5mol·L-1时，可认为该离子沉淀完全。③lg2.1≈0.32。(1)基态Cu原子的价层电子的轨道表示式为

。

(2)浸出过程中通入O2的目的是。

(3)萃取时发生反应：Cu2++2HRCuR2+2H+(HR、CuR2在有机层，Cu2+、H+在水层)。①某种HR的结构简式为，该分子中可能与Cu2+形成配位键的原子有。

②该工艺中设计萃取、反萃取的目的是

。

(4)写出用惰性电极电解CuSO4溶液发生反应的化学方程式：。

(5)黄钠铁矾[NaFe3(OH)6(SO4)2]比Fe(OH)3(6)第二次使用MgO调节溶液pH，使Ni2+沉淀完全，应将pH调节至(保留2位小数)。

5.(10分)(2024·贵阳高三模拟)金属镓有“电子工业脊梁”的美誉，与铝的化学性质类似，广泛应用于电子、航空航天、光学等领域。从刚玉渣(含钛、镓的低硅铁合金，还含有少量氧化铝)回收镓的流程如图所示：室温时，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Ga3+Al3+Fe3+Fe2+开始沉淀时(c=0.01mol·L-1)的pH4.53.72.27.5完全沉淀时(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH5.54.73.29.0(1)基态镓原子的价层电子排布式为。

(2)从溶液中得到FeSO4·7H2O的具体操作为、、过滤、洗涤、干燥。

(3)“中和沉淀”过程中分离出的滤渣①有Fe(OH)3和(填化学式)，若滤液②中阳离子浓度均为0.1mol·L-1，“中和沉淀”过程中pH应调节的范围为。

(4)“碱浸”时镓元素发生反应的离子方程式为。

(5)“碳酸化”过程中为防止镓损耗，不能通入过量CO2的原因为(用离子方程式表示)。

(6)以纯镓为原料可制得GaN，GaN晶体的一种立方晶胞如图所示，Ga的配位数为，已知晶胞中Ga和N的最近距离为anm，阿伏加德罗常数的值为NA，则GaN的晶体密度为g·cm-3(列出计算式)。

答案精析A1.(1)1∶1H2S(2)热浸(3)将过量的Fe3+还原为Fe2+(4)CPb+2[AgCl2]-=2Ag+[PbCl4]2-(5)阳极解析本题以铅精矿(含PbS、Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag，“热浸”时，难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2-和[AgCl2]-及单质硫，Fe3+被还原为Fe2+，“过滤Ⅰ”除掉含硫滤渣，滤液中[PbCl4]2-在稀释冷却的过程中转化为PbCl2沉淀，然后用饱和食盐水热溶，增大氯离子浓度，使PbCl2又转化为[PbCl4]2-，电解得到Pb；“过滤Ⅱ”后的滤液成分主要为[AgCl2]-、FeCl2、FeCl3，故加入铅精矿主要将FeCl3还原为FeCl2，试剂X将[AgCl2]-置换为Ag，得到富银铅泥，试剂X的金属性应比Ag强，为不引入新的杂质，可知X为铅，尾液为FeCl2。(1)“热浸”时，Fe3+将PbS和Ag2S中-2价的硫氧化为单质硫，Fe3+被还原为Fe2+，在这个过程中Pb和Ag的化合价保持不变，所以溶解等物质的量的PbS和Ag2S时，S2-的物质的量相等，消耗Fe3+的物质的量相等；溶液中盐酸浓度过大，会与S2-结合生成H2S气体。(2)“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶，会溶解为[PbCl4]2-，电解[PbCl4]2-溶液制备金属Pb，Pb在阴极产生，阳极Cl-放电产生Cl2，可将尾液中的FeCl2氧化为FeCl3，在“热浸”中循环使用。(3)“过滤Ⅱ”所得的滤液中有过量的未反应的Fe3+，根据还原之后可以得到含硫滤渣，“还原”中加入铅精矿的目的是将过量的Fe3+还原为Fe2+。(5)“电解Ⅱ”中将富银铅泥做阳极板，银变成阳极泥而沉降下来，铅失电子转化为Pb2+，阴极Pb2+得电子析出Pb。2.(1)CaF2+H2SO4(浓)=CaSO4+2HF↑加快反应速率，提高CaF2的转化率(2)D(3)2K++SiF62−=K2SiF6↓(4)AsF5、AsF3均为分子晶体(分子间均不存在氢键)，AsF(5)①BF3+HNO3+HF=(HO)2NO++BF4−解析“酸浸”发生反应：CaF2+H2SO4(浓)=CaSO4+2HF↑，二氧化硅与HF发生反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，As2O3与HF发生反应：As2O3+6HF=2AsF3+3H2O；“硫酸吸附”：加入硫酸，部分HF、SiF4以气体形式释放出去，然后加入水吸收为H2SiF6，部分HF、AsF3、多余硫酸进入精馏1；“精馏1”：因为硫酸熔、沸点较高，因此精馏1中得到HF、AsF3；“氧化”：根据问题(4)，过氧化氢将AsF3氧化成熔、沸点较高的AsF5；“精馏2”：蒸馏得到HF。(2)HF能与二氧化硅发生反应，玻璃、陶瓷、石英均含有二氧化硅，HF不与金反应，因此“精馏1”设备以金为材料。(3)KMnO4→HMnO4中Mn的价态没有发生变化，H2SiF6酸性与硝酸相似，即H2SiF6为强酸，HMnO4为溶于水的强酸，该反应为复分解反应，生成K2SiF6沉淀，即离子方程式为2K++SiF62−=K2SiF6(5)①HNO3在HF中呈碱性，其电离方程式为HNO3+2HF(HO)2NO++HF2−，BF3在HF中呈酸性，其电离方程式为BF3+2HFBF4−+H2F+，因此两者混合，发生类似的中和反应，其离子方程式为BF3+HNO3+HF=(HO)2NO++BF4−。②H2O与AsF5反应生成HAsF6，从而推出H2O结合H+3.(1)6s26p3(2)AgCl、SiO2(3)2SbCl3+3H2OSb2O3↓+6HCl盐酸易挥发，加热有利于HCl挥发，水解平衡正向移动(4)①5.0×1038②乙酰胺分子间氢键的键能及数目均大于硫代乙酰胺(5)2∶1(6)Bi2MoO6+CO2=Bi2O2CO3+MoO3(7)(14，34，3解析氧化铋渣(主要成分是Bi2O3、Sb2O3，还含有Fe2O3、ZnO、Ag2O和SiO2等杂质)加入盐酸和氯化钠溶液，二氧化硅不与盐酸反应，氧化银和盐酸反应生成氯化银，其他物质和盐酸生成相应氯化物，过滤，向滤液中加水加热得到Sb2O3，过滤，向滤液中加入沉铋，过滤，向Bi2S3中加入硝酸得到单质硫、NO和硝酸铋，向硝酸铋溶液中加入(NH4)6Mo7O24·4H2O得到Bi2MoO6。(4)①硫化氢会进一步发生反应：2Bi3+(aq)+3H2S(aq)=Bi2S3(s)+6H+(aq)，则该反应的平衡常数K=c6(H+)c2(Bi3+)·c3(H2S)=c6(H+)·c3(S2−)c2(Bi3+)·c3(S2−)·c3(H2S)，K=Ka13(H2S)·Ka23(H2S)Ksp(Bi2S4.(1)MnO2+PbS+4H++SO42−=Mn2++PbSO4+S+2H2O(2)过滤(3)CO32−更易水解生成OH-，从而易生成Pb2(OH)2CO3(4)abc(5)MnF2(s)+Ca2+(aq)Mn2+(aq)+CaF2(s)3.87×10-3mol·L-1<c(F解析(4)加入试剂Y调节pH时，不能引入新的杂质，该工艺流程制备的是硫酸锰，并且在随后的流程中除去了钙离子，在该步骤中除去了铁，故可以选择的试剂为abc。(5)根据流程可知，加入MnF2和溶液中钙离子反应生成CaF2，离子方程式为MnF2(s)+Ca2+(aq)Mn2+(aq)+CaF2(s)，当该离子沉淀完全时，此时c(F-)=Ksp(CaF2)c(Ca2+)=1.5×10−1010−5mol·L-1≈3.87×10-3mol·L-1，当c(Mn2+)=0.53mol·L-1时，c(F-)=Ksp(MnF2)c(Mn2+)=5.3×105.(1)TiO2++(x+1)H2OTiO2·xH2O↓+2H+H2SO4(2)TiO2+B2O3+5CTiB2+5CO↑B2O3高温下蒸气压大、易挥发，只有部分参加了反应TiC+B2O3+2CTiB2+3CO↑(3)H++[B(OH)4]-=H3BO3+H2O31m11解析(3)有稀硫酸的一极为阳极，1膜为阳离子交换膜，氢离子通过1膜进入产品室，2膜为阴离子交换膜，原料室中的[B(OH)4]-通过2膜进入产品室，产品室中发生反应的离子方程式为H++[B(OH)4]-=H3BO3+H2O。右侧的石墨电极为阴极，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，原料室中的钠离子通过阳膜进入右侧阴极室，由电荷守恒可知，当阴极上通过1mol电子时，NaOH溶液的质量变化为23g-1g=22g，此时制得H3BO3的物质的量为1mol，质量为62g，若反应前后NaOH溶液的质量变化为mkg，则制得H3BO3的质量6222×mkg=31m11B1.(1)4d105s2(2)温度过高，浓硝酸会挥发和分解(3)SiO2(4)5.2≤pH<8.22Fe3++3CdCO3+3H2O=2Fe(OH)3+3CO2↑+3Cd2+(5)出现晶膜(或有少量晶体析出)(6)2Cd(NO3)24NO2↑+O解析镉黄废料(主要含CdS，含少量的FeO、Al2O3、SiO2)，“酸浸”时加入浓硝酸，浓硝酸具有强氧化性，加热条件下-2价硫元素被氧化为SO42−进入溶液，+2价Fe被氧化成Fe3+，二氧化硅不溶于硝酸，“滤渣1”主要成分是SiO2，滤液中所含离子有Cd2+、Fe3+、Al3+、H+、NO3−和SO42−；“除杂”时加入CdCO3调节pH，根据表中数据，使Fe3+、Al3+以氢氧化物沉淀的形式除去，过滤所得滤液经过系列操作采用冷却结晶法获得硝酸镉晶体。(4)“除杂”步骤中，CdCO3消耗氢离子生成二氧化碳和Cd2+，氢离子浓度减小促进铁离子水解使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀，则Fe3+发生反应的离子方程式为2Fe3++3CdCO3+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑+3Cd2+。(6)硝酸镉晶体在111.2℃时失去结晶水，217.3℃时分解产生CdO和红棕色的混合气体，红棕色的气体为二氧化氮，则该反应为氧化还原反应，该混合气体可以使带火星的木条复燃，混合气体中含有氧气，则硝酸镉在217.3℃时分解产生CdO、二氧化氮和氧气，化学方程式为2Cd(NO3)2.(1)适当增大硫酸的浓度；搅拌；将矿石粉碎(任选1种，其他合理答案均可)(2)MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2OSiO2(3)5.2≤pH<8.8(4)作氮肥等(5)8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2↑+O2↑解析软锰矿加稀硫酸酸浸，加入硫酸亚铁，在酸性条件下用硫酸亚铁把MnO2还原为硫酸锰，所得滤液中含硫酸锰、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝，二氧化硅不溶于硫酸，滤渣1为二氧化硅；滤液中加双氧水把Fe2+氧化为Fe3+，加MnO调节pH，生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀除铁和铝；过滤，滤液中加氨水生成Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4沉淀，Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4、水、氧气控温、氧化生成二氧化锰，二氧化锰和碳酸锂生成LiMn2O4，根据质量守恒、电子守恒可知，还生成二氧化碳、氧气。(3)根据离子浓度形成沉淀与溶液pH关系图，调节pH过程中将铁离子和铝离子形成沉淀，而锰离子不沉淀，所以调节pH的范围应在5.2≤pH<8.8。3.(1)ad(2)共价晶体(3)ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O(4)5.3(5)硫氰化钾(6)2H2O-4e-+4CO32−=O2解析炼锌矿渣{主要含铁酸镓Ga2(Fe2O4)3、铁酸锌(ZnFe2O4)，还含少量Fe及一些难溶于酸的物质}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，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Na[Ga(OH)4]，电解Na[Ga(OH)4]溶液生成粗镓，粗镓与CH3Br反应生成Ga(CH3)3，采用MOCVD技术通入氨气制备GaN。(4)调节pH，沉淀Fe3+和Ga3+，滤液1中含有Zn2+，由Fe(OH)3和Ga(OH)3的Ksp可知，则需求Ga3+沉淀完全时的pH，c(OH-)=38.0×10−3210−5mol·L-1=2.0×10-9mol·L-1，c(H+)=5×10-64.(1)(2)将Fe2+氧化为Fe3+(3)①O、N②实现Cu2+的提取和富集(4)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑(5)Na++3Fe3++2SO42−+6H2O=NaFe