2023屆高中化學(xué)人教版二輪專題復(fù)習(xí)第53講-認(rèn)識工藝流程的表現(xiàn)方式（練習(xí)）

第53講-認(rèn)識工藝流程的表現(xiàn)方式1．(2022年廣東卷18題)稀土(RE)包括鑭、釔等元素，是高科技發(fā)展的關(guān)鍵支撐。我國南方特有的稀土礦可用離子交換法處理，一種從該類礦(含鐵、鋁等元素)中提取稀土的工藝如下：

已知：月桂酸(C11H23COOH)熔點(diǎn)為44℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均難溶于水。該工藝條件下，稀土離子保持+3價不變；(C11H23COO)2Mg的Ksp=1.8×10-8，Al(OH)3開始溶解時的pH為；有關(guān)金屬離子沉淀的相關(guān)pH見下表。離子Mg2+Fe3+Al3+RE3+開始沉淀時的pH沉淀完全時的pH//(1)“氧化調(diào)pH”中，化合價有變化的金屬離子是_______。(2)“過濾1”前，用NaOH溶液調(diào)pH至_______的范圍內(nèi)，該過程中Al3+發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______。(3)“過濾2”后，濾餅中檢測不到Mg元素，濾液2中Mg2+濃度為2.7g·L-1。為盡可能多地提取RE3+，可提高月桂酸鈉的加入量，但應(yīng)確?！斑^濾2”前的溶液中c(C11H23COO―)低于_______mol·L-1(保留兩位有效數(shù)字)。(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3+溶出、提高產(chǎn)率，其原因是_______。②“操作X”的過程為：先_______，再固液分離。(5)該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有_______(寫化學(xué)式)。(6)稀土元素釔(Y)可用于制備高活性的合金類催化劑Pt3Y。①還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時，生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移_______mol電子。②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時，能在堿性溶液中高效催化O2的還原，發(fā)生的電極反應(yīng)為_______。2．(2021?河北卷)綠色化學(xué)在推動社會可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種熔鹽液相氧化法制備高價鉻鹽的新工藝，該工藝不消耗除鉻鐵礦、氫氧化鈉和空氣以外的其他原料，不產(chǎn)生廢棄物，實(shí)現(xiàn)了Cr—Fe—Al—Mg的深度利用和Na+內(nèi)循環(huán)。工藝流程如圖：回答下列問題：(1)高溫連續(xù)氧化工序中被氧化的元素是__________(填元素符號)(2)工序①的名稱為_________________(3)濾渣的主要成分是______________(填化學(xué)式)(4)工序③中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________________(5)物質(zhì)V可代替高溫連續(xù)氧化工序中的NaOH，此時發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為__，可代替NaOH的化學(xué)試劑還有_____________(填化學(xué)式)(6)熱解工序產(chǎn)生的混合氣體最適宜返回工序_______(填“①”或“②”或“③”或“④”)參與內(nèi)循環(huán)(7)工序④溶液中的鋁元素恰好完全轉(zhuǎn)化為沉淀的pH為________(通常認(rèn)為溶液中離子濃度小于10-5mol?L-1為沉淀完全；A1(OH)3+OH-?Al(OH)：K=10，Kw=10-14，Ksp[A1(OH)3]=10-33)3.(2021?湖南卷)Ce2(CO3)3可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨(dú)居石中，鈰(Ce)主要以CePO4形式存在，還含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物質(zhì)。以獨(dú)居石為原料制備Ce2(CO3)3?nH2O的工藝流程如下：回答下列問題：(1)鈰的某種核素含有58個質(zhì)子和80個中子，該核素的符號為_______(2)為提高“水浸”效率，可采取的措施有______________________________(至少寫兩條)(3)濾渣Ⅲ的主要成分是_____________(填化學(xué)式)(4)加入絮凝劑的目的是__________________(5)“沉鈰”過程中，生成Ce2(CO3)3?nH2O的離子方程式為______________________________________________，常溫下加入的NH4HCO3溶液呈_______(填“酸性”“堿性”或“中性”)(已知：NH3?H2O的Kb=1.75×10-5，H2CO3的Ka1=4.4×10-7，Ka2=4.7×10-11)(6)濾渣Ⅱ的主要成分為FePO4，在高溫條件下，LiCO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制備電極材料LiFePO4，同時生成CO和H2O，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________________4.(2021?山東卷)工業(yè)上以鉻鐵礦(FeCr2O4，含Al、Si氧化物等雜質(zhì))為主要原料制備紅礬鈉(Na2Cr2O7?2H2O)的工藝流程如圖?；卮鹣铝袉栴}：(1)焙燒的目的是將FeCr2O4轉(zhuǎn)化為Na2CrO4并將Al、Si氧化物轉(zhuǎn)化為可溶性鈉鹽，焙燒時氣體與礦料逆流而行，目的是_______________________(2)礦物中相關(guān)元素可溶性組分物質(zhì)的量濃度c與pH的關(guān)系如圖所示。當(dāng)溶液中可溶組分濃度c≤1.0×10-5mol?L-1時，可認(rèn)為已除盡。中和時pH的理論范圍為______________；酸化的目的是_______________________________________________；Fe元素在______________(填操作單元的名稱)過程中除去

(3)蒸發(fā)結(jié)晶時，過度蒸發(fā)將導(dǎo)致________________________________________；冷卻結(jié)晶所得母液中，除Na2Cr2O7外，可在上述流程中循環(huán)利用的物質(zhì)還有___________(4)利用膜電解技術(shù)(裝置如上圖所示)，以Na2CrO4為主要原料制備Na2Cr2O7的總反應(yīng)方程式為：4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑。則Na2Cr2O7在_________(填“陰”或“陽”)極室制得，電解時通過膜的離子主要為_________5.(2021?廣東卷)對廢催化劑進(jìn)行回收可有效利用金屬資源。某廢催化劑主要含鋁(Al)、鉬(Mo)、鎳(Ni)等元素的氧化物，一種回收利用工藝的部分流程如下：已知：25℃時，H2CO3的Ka1=4.5×10－7，Ka2=4.7×10－11；Ksp(BaMoO4)=3.5×10－8；Ksp(BaCO3)=2.6×10－9；該工藝中，時，溶液中Mo元素以MoO42－的形態(tài)存在(1)“焙燒”中，有Na2MoO4生成，其中Mo元素的化合價為_______(2)“沉鋁”中，生成的沉淀X為_______(3)“沉鉬”中，pH為①生成BaMoO4的離子方程式為_________________________②若條件控制不當(dāng)，BaCO3也會沉淀。為避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀，溶液中c(HCO3－):c(MoO42－)=___________________(列出算式)時，應(yīng)停止加入BaCl2溶液(4)①濾液Ⅲ中，主要存在的鈉鹽有NaCl和Y，Y為_____________②往濾液Ⅲ中添加適量NaCl固體后，通入足量_________(填化學(xué)式)氣體，再通入足量CO2，可析出Y(5)高純AlAs(砷化鋁)可用于芯片制造。芯片制造中的一種刻蝕過程如圖所示，圖中所示致密保護(hù)膜為一種氧化物，可阻止H2O2刻蝕液與下層GaAs(砷化鎵)反應(yīng)。①該氧化物為_______②已知：Ga和Al同族，As和N同族。在H2O2與上層GaAs的反應(yīng)中，As元素的化合價變?yōu)?5價，則該反應(yīng)的氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為_______。

第53講-認(rèn)識工藝流程的表現(xiàn)方式答案及解析1．(1)Fe2+(2)①4.7≤pH<6.2②Al3++3OH―=Al(OH)3↓(3)4.0×10-4(4)①加熱攪拌可加快反應(yīng)速率②冷卻結(jié)晶(5)MgSO4(6)①15②O2+4e―+2H2O=4OH―【解析】由流程可知，該類礦(含鐵、鋁等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到浸取液中含有RE3+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、SOeq\o(\s\up4(2-),\s\do2(4))等離子，經(jīng)氧化調(diào)pH使Fe3+、Al3+形成沉淀，經(jīng)過濾除去，濾液1中含有RE3+、Mg2+、SOeq\o(\s\up4(2-),\s\do2(4))等離子，加入月桂酸鈉，使RE3+形成(C11H23COO)3RE沉淀，濾液2主要含有MgSO4溶液，可循環(huán)利用，濾餅加鹽酸，經(jīng)加熱攪拌溶解后，再冷卻結(jié)晶，析出月桂酸，再固液分離得到RECl3溶液。(1)由分析可知，“氧化調(diào)pH”目的是除去含鐵、鋁等元素的離子，需要將Fe2+氧化為Fe3+，以便后續(xù)除雜，所以化合價有變化的金屬離子是Fe2+，故答案為：Fe2+；(2)由表中數(shù)據(jù)可知，Al3+沉淀完全的pH為，而RE3+開始沉淀的pH為，所以為保證Fe3+、Al3+沉淀完全，且RE3+不沉淀，要用NaOH溶液調(diào)pH至的范圍內(nèi)，該過程中Al3+發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al3++3OH―=Al(OH)3↓，故答案為：；Al3++3OH―=Al(OH)3↓；(3)濾液2中Mg2+濃度為2.7g·L-1，即，根據(jù)Ksp[(C11H23COO)2Mg]=c(Mg2+)·c2(C11H23COO―)，若要加入月桂酸鈉后只生成(C11H23COO)3RE，而不產(chǎn)生(C11H23COO)2Mg，則c(C11H23COO―)<eq\r(\f(Ksp[(C11H23COO)2Mg],c(Mg2+)))=eq\r(\f(1.8×10-8,))=4×10-4mol·L-1，故答案為：4×10-4；(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3+溶出、提高產(chǎn)率，其原因是加熱攪拌可加快反應(yīng)速率，故答案為：加熱攪拌可加快反應(yīng)速率；②“操作X”的結(jié)果是分離出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)熔點(diǎn)為44℃，故“操作X”的過程為：先冷卻結(jié)晶，再固液分離，故答案為：冷卻結(jié)晶；(5)由分析可知，該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有MgSO4，故答案為：MgSO4；(6)①YCl3中Y為+3價，PtCl4中Pt為+4價，而Pt3Y中金屬均為0價，所以還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時，生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移15mol電子，故答案為：15；②堿性溶液中，氫氧燃料電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O=4OH，故答案為：O2+4e-+2H2O=4OH-。2．(1)Fe、Cr(2)溶解浸出(3)MgO、Fe2O3(4)2Na++2+2CO2+H2O=+2NaHCO3↓(5)4Fe(CrO2)2+7O2+16NaHCO38Na2CrO4+2Fe2O3+16CO2+8H2ONa2CO3(6)②(7)8.37【解析】(1)由分析可知，高溫連續(xù)氧化工序中被氧化的元素是鐵元素和鉻元素；(2)由分析可知，工序①為將氧化后的固體加水溶解浸出可溶性物質(zhì)，故答案為：溶解浸出；(3)由分析可知，濾渣Ⅰ的主要成分是氧化鐵和氧化鎂，故答案為：MgO、Fe2O3；(4)工序③中發(fā)生的反應(yīng)為鉻酸鈉溶液與過量的二氧化碳反應(yīng)生成重鉻酸鈉和碳酸氫鈉沉淀，反應(yīng)的離子方程式為2Na++2+2CO2+H2O=+2NaHCO3↓，故答案為：2Na++2+2CO2+H2O=+2NaHCO3↓；(5)碳酸氫鈉代替高溫連續(xù)氧化工序中的氫氧化鈉發(fā)生的主要反應(yīng)為高溫下，，F(xiàn)e(CrO2)2與氧氣和碳酸氫鈉反應(yīng)生成鉻酸鈉、氧化鐵、二氧化碳和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe(CrO2)2+7O2+16NaHCO38Na2CrO4+2Fe2O3+16CO2+8H2O；若將碳酸氫鈉換為碳酸鈉也能發(fā)生類似的反應(yīng)，故答案為：4Fe(CrO2)2+7O2+16NaHCO38Na2CrO4+2Fe2O3+16CO2+8H2O；(6)熱解工序產(chǎn)生的混合氣體為二氧化碳和水蒸氣，將混合氣體通入濾渣1中可以將氧化鎂轉(zhuǎn)化為碳酸氫鎂溶液，則混合氣體最適宜返回工序?yàn)楣ば颌?，故答案為：②?7)工序④溶液中的鋁元素恰好完全轉(zhuǎn)化為沉淀的反應(yīng)為，反應(yīng)的平衡常數(shù)為K1====10，當(dāng)為10—5mol/L時，溶液中氫離子濃度為=mol/L=10mol/L，則溶液的pH為，故答案為：。3.(1)(2)適當(dāng)升高溫度，將獨(dú)居石粉碎等(3)Al(OH)3(4)促使鋁離子沉淀(5)↑堿性(6)3++6=12+9CO↑+6H2O【解析】(1)鈰的某種核素含有58個質(zhì)子和80個中子，則質(zhì)量數(shù)為58+80=138，該核素的符號為；(2)為提高“水浸”效率，可采取的措施有適當(dāng)升高溫度，將獨(dú)居石粉碎等；(3)結(jié)合流程可知，濾渣Ⅲ的主要成分是Al(OH)3；(4)加入絮凝劑的目的是促使鋁離子沉淀；(5)用碳酸氫銨“沉鈰”，則結(jié)合原子守恒、電荷守恒可知生成的離子方程式為↑；銨根離子的水解常數(shù)Kh()=≈5.7×10-10，碳酸氫根的水解常數(shù)Kh()==≈2.3×10-8，則Kh()<Kh()，因此常溫下加入的溶液呈堿性；(6)由在高溫條件下，、葡萄糖()和可制備電極材料，同時生成和可知，該反應(yīng)中Fe價態(tài)降低，C價態(tài)升高，結(jié)合得失電子守恒、原子守恒可知該反應(yīng)的化學(xué)方程式為3++6=6+9CO↑+6H2O。4.(1)增大反應(yīng)物接觸面積，提高化學(xué)反應(yīng)速率(2)使平衡正向移動，提高Na2Cr2O7的產(chǎn)率浸取(3)所得溶液中含有大量Na2SO4?10H2OH2SO4(4)陽Na＋【解析】(1)焙燒時氣體與礦料逆流而行，目的是利用熱量使O2向上流動，增大固體與氣體的接觸面積，提高化學(xué)反應(yīng)速率，故答案為：增大反應(yīng)物接觸面積，提高化學(xué)反應(yīng)速率。(2)中和時調(diào)節(jié)溶液pH目的是將、轉(zhuǎn)化為沉淀過濾除去，由圖可知，當(dāng)溶液時，Al3+除盡，當(dāng)溶液pH＞時，H2SiO3會再溶解生成，因此中和時pH的理論范圍為；將Al元素和Si元素除去后，溶液中Cr元素主要以和存在，溶液中存在平衡：，降低溶液pH，平衡正向移動，可提高Na2Cr2O7的產(chǎn)率；由上述分析可知，F(xiàn)e元素在“浸取”操作中除去，故答案為：；使平衡正向移動，提高Na2Cr2O7的產(chǎn)率；浸取。(3)蒸發(fā)結(jié)晶時，Na2SO4主要以Na2SO4?10H2O存在，Na2SO4?10H2O的溶解度隨溫度升高先增大后減小，若蒸發(fā)結(jié)晶時，過度蒸發(fā)將導(dǎo)致所得溶液中含有大量Na2SO4?10H2O；由上述分析可知，流程中循環(huán)利用的物質(zhì)除Na2Cr2O7外，還有H2SO4，故答案為：所得溶液中含有大量Na2SO4?10H2O；H2SO4。(4)由4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑可知，電解過程中實(shí)質(zhì)是電解水，陽極上水失去電子生成H＋和O2，陰極上H+得到電子生成H2，由可知，在氫離子濃度較大的電極室中制得，即Na2Cr2O7在陽極室產(chǎn)生；電解過程中，陰極產(chǎn)生氫氧根離子，氫氧化鈉在陰極生成，所以為提高制備Na2Cr