新教材2024高考化學(xué)二輪專題復(fù)習(xí)專題11化學(xué)工藝流程真題研練

專題十一化學(xué)工藝流程真題研練·析考情真題研練1.[2023·新課標(biāo)卷]鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價(jià)態(tài)含氧酸鹽形式存在，主要雜質(zhì)為鐵、鋁、硅、磷等的化合物，從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示：已知：最高價(jià)鉻酸根在酸性介質(zhì)中以存在，在堿性介質(zhì)中以存在。回答下列問題：(1)煅燒過程中，釩和鉻被氧化為相應(yīng)的最高價(jià)含氧酸鹽，其中含鉻化合物主要為________(填化學(xué)式)。(2)水浸渣中主要有SiO2和________。(3)“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性，主要除去的雜質(zhì)是________。(4)“除硅磷”步驟中，使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，該步需要控制溶液的pH≈9以達(dá)到最好的除雜效果，若pH<9時(shí)，會導(dǎo)致________________________________________________________________________；pH>9時(shí)，會導(dǎo)致________。(5)“分離釩”步驟中，將溶液pH調(diào)到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1時(shí)，溶解為或VO3＋；在堿性條件下，溶解為或，上述性質(zhì)說明V2O5具有________(填標(biāo)號)。A．酸性B．堿性C．兩性(6)“還原”步驟中加入焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)溶液，反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．[2023·湖南卷]超純Ga(CH3)3是制備第三代半導(dǎo)體的支撐源材料之一。近年來，我國科技工作者開發(fā)了超純純化、超純分析和超純灌裝一系列高新技術(shù)，在研制超純Ga(CH3)3方面取得了顯著成果。工業(yè)上以粗鎵為原料，制備超純的工藝流程如下：已知：①金屬Ga的化學(xué)性質(zhì)和Al相似，Ga的熔點(diǎn)為29.8℃；②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作為配體；③相關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)：物質(zhì)Ga(CH3)3Et2OCH3INR3沸點(diǎn)/℃55.734.642.4365.8回答下列問題：(1)晶體Ga(CH3)3的晶體類型是________；(2)“電解精煉”裝置如圖所示，電解池溫度控制在40～45℃的原因是________________________________________________________________________，陰極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的產(chǎn)物還包括MgI2和CH3MgI，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(4)“殘?jiān)苯?jīng)純水處理，能產(chǎn)生可燃性氣體，該氣體主要成分是________；(5)下列說法錯(cuò)誤的是________；A．流程中Et2O得到了循環(huán)利用B．流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在無水無氧的條件下進(jìn)行C．“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3D．用核磁共振氫譜不能區(qū)分Ga(CH3)3和CH3I(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制備超純Ga(CH3)3，而本流程采用“配體交換”工藝制備超純Ga(CH3)3的理由是_____________________________________________________________________________________________________________________________；(7)比較分子中的C—Ga—C鍵角大?。篏a(CH3)3________Ga(CH3)3(Et2O)(填“＞”“＜”或“＝”)，其原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________。3．[2022·湖北卷]全球?qū)︿囐Y源的需求不斷增長，“鹽湖提鋰”越來越受到重視。某興趣小組取鹽湖水進(jìn)行濃縮和初步除雜后，得到濃縮鹵水(含有Na＋、Li＋、Cl－和少量Mg2＋、Ca2＋)，并設(shè)計(jì)了以下流程通過制備碳酸鋰來提取鋰。25℃時(shí)相關(guān)物質(zhì)的參數(shù)如下：LiOH的溶解度：12.4g/100gH2O化合物Mg(OH)2Ca(OH)2CaCO3Li2CO3Ksp5.6×10－125.5×10－62.8×10－92.5×10－2回答下列問題：(1)“沉淀1”為________。(2)向“濾液1”中加入適量固體Li2CO3的目的是________________________________________________________________________。(3)為提高Li2CO3的析出量和純度，“操作A”依次為________、________、洗滌。(4)有同學(xué)建議用“侯氏制堿法”的原理制備Li2CO3。查閱資料后，發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)對常溫下的Li2CO3有不同的描述：①是白色固體；②尚未從溶液中分離出來。為探究LiHCO3的性質(zhì)，將飽和LiCl溶液與飽和NaHCO3溶液等體積混合，起初無明顯變化，隨后溶液變渾濁并伴有氣泡冒出，最終生成白色沉淀。上述現(xiàn)象說明，在該實(shí)驗(yàn)條件下LiHCO3________(填“穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”)，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。(5)他們結(jié)合(4)的探究結(jié)果，擬將原流程中向“濾液2”加入Na2CO3改為通入CO2。這一改動(dòng)能否達(dá)到相同的效果，作出你的判斷并給出理由________________________________________________________________________________________________________________________________________________。4．[2022·廣東卷]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(jià)不變；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3開始溶解時(shí)的pH為8.8；有關(guān)金屬離子沉淀的相關(guān)pH見下表。離子SMg2＋Fe3＋Al3＋RE3＋開始沉淀時(shí)的pH8.81.53.66.2～7.4沉淀完全時(shí)的pH/3.24.7/(1)“氧化調(diào)pH”中，化合價(jià)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________(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(shí)，生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移________mol電子。②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時(shí)，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________________________________________________________________________?？记榉治鲱}型考點(diǎn)預(yù)測以工藝流程圖為載體的無機(jī)綜合題原料的預(yù)處理及實(shí)驗(yàn)條件的選擇化學(xué)工藝流程題一般是陌生復(fù)雜的情境，多以工業(yè)流程圖的形式呈現(xiàn)，主要考查元素及其化合物性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)原理及基本實(shí)驗(yàn)操作，常會涉及定量計(jì)算。需要關(guān)注以下幾個(gè)方面：(1)常見工業(yè)生產(chǎn)都會涉及除雜和分離等環(huán)節(jié)，特別常用的是通過調(diào)節(jié)溶液的pH達(dá)到除雜或分離的目的，注意元素化合物的轉(zhuǎn)化和實(shí)驗(yàn)基本操作的結(jié)合，常涉及除雜及離子的檢驗(yàn)等。(2)對于產(chǎn)品的提取問題(由溶液到固體主要經(jīng)歷蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥、保存等)這也是流程圖題中的新變化。物質(zhì)成分的判斷及循環(huán)利用化學(xué)(離子)方程式的書寫分離、提純的實(shí)驗(yàn)操作、成分檢驗(yàn)選用試劑、操作的目的或原因電化學(xué)的簡單考查實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)及評價(jià)轉(zhuǎn)化率的分析判斷Ksp的計(jì)算及應(yīng)用物質(zhì)含量的測定真題研練·析考情1．解析：由題給流程可知，鉻釩渣在氫氧化鈉和空氣中煅燒，將釩、鉻、鐵、鋁、硅、磷等元素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的最高價(jià)含氧酸鹽。煅燒渣加入水浸取、過濾得到含有二氧化硅、氧化鐵的濾渣和濾液；向?yàn)V液中加入稀硫酸調(diào)節(jié)溶液pH將轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，過濾得到Al(OH)3濾渣和濾液；向?yàn)V液中加入硫酸鎂溶液、硫酸銨溶液將硅元素、磷元素轉(zhuǎn)化為MgSiO3和MgNH4PO4沉淀，過濾得到含有MgSiO3、MgNH4PO4的濾渣和濾液；向?yàn)V液中加入稀硫酸調(diào)節(jié)溶液pH將釩元素轉(zhuǎn)化為五氧化二釩，過濾得到五氧化二釩和濾液；向?yàn)V液中加入焦亞硫酸鈉溶液將鉻元素轉(zhuǎn)化為三價(jià)鉻離子，調(diào)節(jié)溶液pH將鉻元素轉(zhuǎn)化為氫氧化鉻沉淀，過濾得到氫氧化鉻。(4)由分析可知，加入硫酸鎂溶液、硫酸銨溶液的目的是將硅元素、磷元素轉(zhuǎn)化為MgSiO3和MgNH4PO4沉淀，若溶液pH<9時(shí)，會導(dǎo)致磷元素不能形成MgNH4PO4沉淀，若溶液pH>9時(shí)，會導(dǎo)致鎂離子生成氫氧化鎂沉淀，不能形成MgSiO3沉淀，導(dǎo)致產(chǎn)品中混有雜質(zhì)；(5)由題給信息可知，五氧化二釩是能與酸溶液反應(yīng)生成鹽和水，也能與堿溶液反應(yīng)生成鹽和水的兩性氧化物，故選C；(6)由題意可知，還原步驟中加入焦亞硫酸鈉溶液的目的是將鉻元素轉(zhuǎn)化為鉻離子，反應(yīng)的離子方程式為+10H＋=4Cr3＋＋6S＋5H2O。答案：(1)Na2CrO4(2)Fe2O3(3)Al(OH)3(4)不利于形成MgNH4PO4沉淀不能形成MgSiO3沉淀(5)C(6)+10H＋=4Cr3＋＋6S＋5H2O2．解析：(1)晶體Ga(CH3)3的沸點(diǎn)較低，為分子晶體。(2)鎵的熔點(diǎn)為29.8℃，電解精煉溫度需高于鎵的熔點(diǎn)，因此電解池溫度控制在40～45℃。Ga和Al的性質(zhì)相似，電解精煉過程中粗鎵在陽極失電子產(chǎn)生的Ga3＋在NaOH溶液中形成遷移到陰極，得電子被還原為Ga，故陰極反應(yīng)為＋2H2O＋3e－=Ga＋4OH－。(3)根據(jù)原子守恒，結(jié)合流程圖中物質(zhì)轉(zhuǎn)化配平，得反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O=2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI。(4)由(3)可知，殘?jiān)泻珻H3MgI，結(jié)合元素守恒可知，其和水反應(yīng)生成的可燃性氣體為CH4。(5)由已知②、③，結(jié)合流程圖可知，溶劑蒸發(fā)、配體交換時(shí)Et2O得以循環(huán)利用，A項(xiàng)正確；高純Ga能與H2O、O2反應(yīng)，CH3I、能與水反應(yīng)，有機(jī)物能與O2反應(yīng)，故B項(xiàng)正確；配體交換時(shí)NR3和Ga(CH3)3(Et2O)反應(yīng)得到(NR3)和Et2O，則工序X為解配Ga(CH3)3(NR3)，并利用和NR3的沸點(diǎn)相差較大蒸出，C項(xiàng)正確；和CH3I中均只有1種氫原子，核磁共振氫譜均只有一組吸收峰，但吸收強(qiáng)度不同，可以鑒別，D項(xiàng)錯(cuò)誤。(7)Ga(CH3)3中Ga為sp2雜化(Et2O)中Ga為sp3雜化，因此C—Ga—C鍵角大?。篏a(CH3)3>Ga(CH3)3(Et2O)。答案：(1)分子晶體(2)電解精煉溫度需在鎵的熔點(diǎn)以上＋2H2O＋3e－=Ga＋4OH－(3)Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O=2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI(4)CH4(5)D(6)Ga(CH3)3和Et2O的沸點(diǎn)接近，而和NR3的沸點(diǎn)相差較大，解配后可以分離出Ga(CH3)3(7)>Ga(CH3)3中Ga為sp2雜化，Ga(CH3)3(Et2O)中Ga為sp3雜化3．解析：(1)濃縮鹵水中含有Mg2＋，當(dāng)加入石灰乳后，轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2沉淀，所以沉淀1為Mg(OH)2；(2)濾液1中含有Na＋、Li＋、Cl－和Ca2＋，結(jié)合已知條件：LiOH的溶解度和化合物的溶度積常數(shù)，可推測，加入Li2CO3的目的是將Ca2＋轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀除去，同時(shí)不引入新雜質(zhì)；(3)由Li2CO3的溶解度曲線可知，溫度升高，Li2CO3的溶解度降低，即在溫度高時(shí)，溶解度小，有利于析出，所以為提高Li2CO3的析出量和純度，需要在較高溫度下析出并過濾得到沉淀，即依次蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌；(4)飽和LiCl和飽和NaHCO3等體積混合后，產(chǎn)生了LiHCO3和NaCl，隨后LiHCO3不穩(wěn)定，分解產(chǎn)生了CO2和Li2CO3，涉及方程式有：=LiHCO3，2LiHCO3=Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O；(5)“濾液2”中含有LiOH，加入Na2CO3，目的是將LiOH轉(zhuǎn)化為Li2CO3。若改為通入過量的CO2，則LiOH轉(zhuǎn)化為LiHCO3，結(jié)合(4)的探究結(jié)果，LiHCO3也會很快分解產(chǎn)生Li2CO3，所以這一改動(dòng)能達(dá)到相同的效果。答案：(1)Mg(OH)2(2)將Ca2＋轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀除去，同時(shí)不引入新雜質(zhì)(3)蒸發(fā)濃縮趁熱過濾(4)不穩(wěn)定=LiHCO3，2LiHCO3=Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O(5)能達(dá)到相同效果，因?yàn)楦臑橥ㄈ脒^量的CO2，則LiOH轉(zhuǎn)化為LiHCO3，結(jié)合(4)的探究結(jié)果，LiHCO3也會很快分解產(chǎn)生Li2CO3，所以這一改動(dòng)能達(dá)到相同的效果4．解析：(1)由題意知，“氧化調(diào)pH”中只有鐵是變價(jià)金屬，鋁和稀土金屬元素均為＋3價(jià)，F(xiàn)e2＋被氧化為Fe3＋。(2)“過濾1”所得“濾渣”為Fe(OH)3和Al(OH)3，應(yīng)調(diào)