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- 2021-05-13 发布
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工艺流程高考真题专练
1.(2019·全国卷Ⅰ,26)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________ 。
(2)“滤渣1”的主要成分有__________________________________________。
为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是________。
(3) 根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH++B(OH),Ka=5.81×10-10,可判断H3BO3
是 ________酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节到3.5,目的是___________________________。
(4) 在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为________________ ,
母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。
答案 (1)NH4HCO3+NH3===(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
(3)一元弱 转化为H3BO3,促进析出
(4)2Mg2++3CO+2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓+2HCO
[或2Mg2++2CO+H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑] 溶浸 高温焙烧
2.(2019·全国卷Ⅱ,26)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白),是一种常用白色颜料。回答下列问题:
(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时,钡的焰色为________(填标号)。
A.黄色 B.红色 C.紫色 D.绿色
(2)以重晶石(BaSO4)为原料,可按如下工艺生产立德粉:
①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为___________________________________________。
回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式为_____________________________________________。
②在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差,其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的____________________(填化学式)。
③沉淀器中反应的离子方程式为____________________________________________。
(3)成品中S2-的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品,置于碘量瓶中,移取25.00 mL 0.100 0 mol·L-1的I2KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5 min,有单质硫析出。以淀粉为指示剂,过量的I2用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+2S2O===2I-+S4O。测定时消耗Na2S2O3溶液体积V mL。终点颜色变化为________________,样品中S2-的含量为__________________(写出表达式)。
答案 (1)D
(2)①BaSO4+4CBaS+4CO↑ CO+H2O(g)===CO2+H2 ②BaCO3 ③S2-+Ba2++Zn2++SO===ZnS·BaSO4↓
(3)浅蓝色至无色 ×100%
3.(2019·全国卷Ⅲ,26)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,工艺如图所示。回答下列问题:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Mn2+
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mg2+
Zn2+
Ni2+
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
8.9
(1)“滤渣1”含有S和________;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式:_________________________________________________________________________。
(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是__________________________________。
(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为________~6之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是_______________________。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是________________________________。
(6)写出“沉锰”的离子方程式:______________________________________。
(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时,z=________。
答案 (1)SiO2(或不溶性硅酸盐) MnO2+MnS+2H2SO4===2MnSO4+S+2H2O
(2)将Fe2+氧化为Fe3+ (3)4.7
(4)NiS和ZnS (5)F-与H+结合形成弱电解质HF,MgF2(s)Mg2+(aq)+2F-(aq)平衡向右移动 (6)Mn2++2HCO===MnCO3↓+CO2↑+H2O (7)
4.[2018·全国卷Ⅰ,27(1)(2)(4)]焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:
(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式:________________________________________________________________________。
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:
①pH=4.1时,Ⅰ中为________溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体,并再次充入SO2的目的是
_____________________________________________________________________。
(4) Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00 mL葡萄酒样品,用0.010 00 mol·L-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为___________ _ _,该样品中Na2S2O5的残留量为________g·L-1(以SO2计)。
答案 (1)2NaHSO3===Na2S2O5+H2O
(2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3过饱和溶液
(4)S2O+2I2+3H2O===2SO+4I-+6H+ 0.128
5.(2018·全国卷Ⅱ,26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Zn2+
Cd2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题:
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为______________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________;氧化除杂工序中ZnO的作用是_____________
__________________,若不通入氧气,其后果是__________________________________。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为________________
____________________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为__________________;沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。
答案 (1)2ZnS+3O22ZnO+2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+
(3)Cd2++Zn===Cd+Zn2+
(4)Zn2++2e-===Zn 溶浸
6.(2018·全国卷Ⅲ,27)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:
(1) KIO3的化学名称是________。
(2) 利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示:
“酸化反应”所得产物有 KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是__________________。
“滤液”中的溶质主要是__________。“调pH”中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________。
(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式:________________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________,其迁移方向是___________________
________________________________________________。
答案 (1)碘酸钾 (2)加热 KCl KH(IO3)2+KOH===2KIO3+H2O(或HIO3+KOH===KIO3+H2O) (3)①2H2O+2e-===2OH-+H2↑ ②K+ 由a到b
7.(2018·江苏)(12分)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下:
(1)焙烧过程均会产生SO2,用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为______________________。
(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如题16图所示。
已知:多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃
硫去除率=(1—)×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于__________________。
②700℃焙烧时,添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低,其主要原因是______________________________________________________。
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由_______________(填化学式)转化为_______________(填化学式)。
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=__________________。
8 (2018•北京) 磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:Ca5(PO4)3(OH)”或“<”)。
②结合元素周期律解释①中结论:P和S电子层数相同,__________ 。
(3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。写出生成HF的化学方程式:__________ 。
(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80℃后脱除率变化的原因:____________________。
(5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42−残留,原因是__________ ;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是____________________。
(6)取a g所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用b mol·L−1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液c mL,精制磷酸中H3PO4的质量分数是________。(已知:H3PO4摩尔质量为98 g·mol−1)
【答案】 (1). 研磨、加热 (2). < 核电荷数P<S,原子半径P>S,得电子能力P<S,非金属性P<S (3). 2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF↑
(4)80 ℃后,H2O2分解速率大,浓度显著降低 (5). CaSO4微溶 BaCO3++2H3PO4
BaSO4+CO2↑+H2O+2 (6).
9.(2017·全国卷Ⅰ)(和都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为,还含有少量、等杂质)来制备,工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。由图可知,当铁的浸出率为时,所采用的实验条件为_________。
(2)“酸浸”后,钛主要以形式存在,写出相应反应的离子方程式___________。
(3)沉淀与双氧水、氨水反应所得实验结果如下表所示:
温度/
30
35
40
45
50
转化率/%
92
95
97
93
88
分析时转化率最高的原因___________ 。
(4)中的化合价为,其中过氧键的数目为___________。
(5)若“滤液②”中,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使恰好沉淀完全即溶液中,此时是否有沉淀生成______________(列式计算)。、的分别为、。
(6)写出“高温煅烧②”中由制备的化学方程式____________ 。
(1)加热或加热
(2)
(3)前,未达到平衡状态,随着温度升高,转化率变大;后, 分解加剧,转化率降低
(4)
(5),,所以最终没有沉淀
(6)
10.(2017·全国卷Ⅱ,26)水泥是重要的建筑材料。水泥的主要成分CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属氧化物,实验室测定水泥样品中钙含量的过程如下图所示
水泥
样品
氯化铵
盐酸、硝酸
沉淀A
滤液
加热
氨水PH4--5
沉淀B
滤液
草酸铵溶液
草酸钙
硫酸
KMnO4法测定
回答下列问题
(1)再分解水泥样品的过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需要加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是: ;还可使用 代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分: ,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学反应方程式:
(3)加氨水过程中加热的目的是 ,沉淀B的主要成分为 、
(填化学式)
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应为:MnO4- + H+ + H2C2O4 → Mn2+ + CO2 + H2O。实验中称取0.400g水泥样品,滴定时消耗了0.0500mol/L的KMnO4溶液36.00mL,则该水泥样品中钙的质量分数为:
解析:(1)将Fe2+氧化为Fe3+ H2O2
(2)SiO2 SiO2 + HF = SiF4 ↑+ H2O
(3)防止胶体生成,易沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3
(4)2MnO4- + 6H+ + 5H2C2O4 == 2Mn2+ +10CO2 + 8H2O
2mol 5mol
0.0500mol/L*0.036L 0.0045mol
则 n(Ca)= n(H2C2O4)= 0.0045mol
m(Ca)= n * M = 0.0045mol *40g/mol=0.18g
则该水泥样品中钙的质量分数为:0.18÷0.40=45%
11.(2017·全国卷Ⅲ,27)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示:
回答下列问题:
(1)步骤①的主要反应为:
FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+ Fe2O3+CO2+ NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为__________。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是________________。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是____________,滤渣2的主要成分是_____________及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变____________(填“大”或“小”),原因是___________________(用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到___________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a.80℃ b.60℃ c.40℃ d.10℃
步骤⑤的反应类型是___________________。
(5)某工厂用m1 kg 铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品 m2 kg,产率为________。
【答案】(1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应
(2)铁 Al(OH)3
(3)小 2+2H++H2O
(4)d 复分解反应
(5)×100%
12.(2017 江苏)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:
注: SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_____________________。
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH_________ (填“增大”、“不变”或“减小”)。
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融 Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是___________ 。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。
阳极的电极反应式为_____________________,阴极产生的物质A的化学式为____________。
(5)铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是_____________________。
【答案】(1)Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O (2)减小 (3)石墨电极被阳极上产生的氧气氧化
(4)4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑ H2
(5)氯化铵分解产生的氯化氢能够破坏铝表面的氧化铝薄膜
13. (17年海南)以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示:
硼镁泥的主要成分如下表:
MgO
SiO2
CaO
Al2O3
B2O3
FeO、Fe2O3
30%~40%
20%~25%
5%~15%
2%~3%
1%~2%
1%~2%
回答下列问题:
(1)“酸解”时应该加入的酸是_______ ,“滤渣1”中主要含有_________(写化学式)。
(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是________ 、_______ 。
(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是____________。
(4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是___________。
【答案】(1)H2SO4,SiO2;
(2) 将Fe2+氧化为Fe3+;调节溶液pH,使Fe3+、Al3+以氢氧化物的形式沉淀除去;
(3) 取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液,若溶液未变红,则说明除杂完全;
(4) 防止MgSO4·7H2O结晶析出。
14.(2016·全国卷Ⅰ) NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下:
回答下列问题:
(1)NaClO2中Cl的化合价为_______。
(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_______ 。
(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为________、________。“电解”中阴极反应的主要产物是______。
(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为________,该反应中氧化产物是_________。
(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是:每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为___ _。(计算结果保留两位小数)
1.57
15.(16年全国卷3)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为:
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2~2.9
2.8~3.1
22~28
60~65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
回答下列问题:
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+,反应的离子方程式为___________,同时V2O4转成VO2+。“废渣1”的主要成分是__________________。
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为______mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_______。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:4ROH+ V4O124− R4V4O12+4OH−(以ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈_____性(填“酸”“碱”“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式____________。
(1)V2O5+2H+2VO2++H2O SiO2(每空2分,共4分) (2)0.5(2分)
(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(2分) (4)碱(2分)
(5)K+(2分) (6)2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O↑(2分)
16(16年北京)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO,实现铅的再生利用。其工作流程如下:
(1)过程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是__________ 。
(2)过程Ⅰ中,Fe2+催化过程可表示为:
i:2Fe2++ PbO2+4H++SO42−2Fe3++PbSO4+2H2O
ii: ……
① 写出ii的离子方程式:________________ 。
②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。
a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液几乎无色,再加入少量PbO2,溶液变红。
b.______________ 。
(3)PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡:PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2(aq),其溶解度曲线如图所示。
① 过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用,其目的是_____(选填序号)。
A、 减小Pb的损失,提高产品利用率
B、 重复利用NaOH,提高原料的利用率
C、 增加Na2SO4浓度,提高脱硫效率
② 过程III的目的是提纯,结合上述溶解度曲线,简述过程III的操作: