2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)練習(xí)高考熱考題型攻關(guān)（四）

高考熱考題型攻關(guān)(四)化學(xué)工藝流程—考查金屬及其化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化化學(xué)工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，一般具有如下環(huán)節(jié)：eq\x(原料)→eq\x(\a\al(對原料的,預(yù)處理))→eq\x(\a\al(核心化,學(xué)反應(yīng)))→eq\x(\a\al(產(chǎn)品的分,離提純))→eq\x(\a\al(目標(biāo),產(chǎn)物))它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護(hù)等相融合，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識步步設(shè)問?？疾槲镔|(zhì)的制備、檢驗(yàn)、分離提純等基本實(shí)驗(yàn)原理在化工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，要求考生依據(jù)流程圖分析原理，緊扣信息，抓住關(guān)鍵、準(zhǔn)確答題。這類試題具有較強(qiáng)的實(shí)用性和綜合性，是新課標(biāo)全國卷命題的熱考題型。1．(2018·全國卷Ⅰ)磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)電池是新能源汽車的動力電池之一。采用濕法冶金工藝回收廢舊磷酸亞鐵鋰電池正極片中的金屬，其流程如下：下列敘述錯誤的是()A．合理處理廢舊電池有利于保護(hù)環(huán)境和資源再利用B．從“正極片”中可回收的金屬元素有Al、Fe、LiC．“沉淀”反應(yīng)的金屬離子為Fe3＋D．上述流程中可用硫酸鈉代替碳酸鈉解析：合理處理廢舊電池有利于保護(hù)環(huán)境和資源再利用，LiFePO4中含有Li和Fe元素，正極片堿溶所得濾液中含有Al元素，A、B項(xiàng)正確；Fe2＋能被HNO3氧化為Fe3＋，F(xiàn)e3＋遇到堿液后沉淀，而另一種金屬離子(Li＋)遇到Na2CO3后沉淀，C項(xiàng)正確；Li2SO4易溶于水，用Na2SO4代替Na2CO3，不能形成含Li沉淀，D項(xiàng)錯誤。答案：D2．(2018·全國卷Ⅱ)我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì))為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：相關(guān)金屬離子[c0(Mn＋)＝0.1mol·L－1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Fe3＋Fe2＋Zn2＋Cd2＋開始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列問題：(1)焙燒過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________________。(2)濾渣1的主要成分除SiO2外還有________；氧化除雜工序中ZnO的作用是_____________________________________________，若不通入氧氣，其后果是_______________________________________________________________________________________。(3)溶液中的Cd2＋可用鋅粉除去，還原除雜工序中反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________________________________________________________________。(4)電解硫酸鋅溶液制備單質(zhì)鋅時，陰極的電極反應(yīng)式為_____________________________________________________；沉積鋅后的電解液可返回________工序繼續(xù)使用。解析：(1)閃鋅礦的主要成分是ZnS，所以高溫焙燒過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為2ZnS＋3O2eq\o(=,\s\up14(焙燒))2ZnO＋2SO2。(2)閃鋅礦焙燒后的主要成分變?yōu)閆nO，還存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)：ZnO＋H2SO4=ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O、CdO＋H2SO4=CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4=PbSO4＋H2O。其中SiO2和PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下來，所以濾渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。氧化除雜工序中ZnO的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH在2.8～6.2，使Fe3＋完全轉(zhuǎn)變?yōu)镕e(OH)3沉淀；通入O2的目的是使溶液中的Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，有利于除雜，若不通入O2，無法除去溶液中的雜質(zhì)Fe2＋。(3)溶液中的Cd2＋與加入的Zn粉反應(yīng)而被除去，反應(yīng)的離子方程式為Zn＋Cd2＋=Zn2＋＋Cd。(4)電解ZnSO4溶液制備單質(zhì)Zn時，陰極放電的是Zn2＋，電極反應(yīng)式是Zn2＋＋2e－=Zn，陽極放電的是OH－，電極反應(yīng)是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑。沉積鋅后的溶液應(yīng)該是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循環(huán)使用。答案：(1)2ZnS＋3O2eq\o(=,\s\up14(焙燒))2ZnO＋2SO2(2)PbSO4調(diào)節(jié)溶液的pH無法除去雜質(zhì)Fe2＋(3)Cd2＋＋Zn=Cd＋Zn2＋(4)Zn2＋＋2e－=Zn溶浸1．認(rèn)識原料預(yù)處理的方法(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。術(shù)語釋義水浸與水接觸反應(yīng)或溶解浸出固體加水(酸)溶解得到離子酸浸在酸溶液中反應(yīng)，使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程浸出率固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少(更多轉(zhuǎn)化)(2)灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解。2．明確常用的提純方法(1)水溶法：除去可溶性雜質(zhì)。(2)酸溶法：除去堿性雜質(zhì)。(3)堿溶法：除去酸性雜質(zhì)。(4)氧化劑或還原劑法：除去還原性或氧化性雜質(zhì)。(5)加熱灼燒法：除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)。(6)調(diào)節(jié)溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。3．把握常用的分離方法(1)過濾：分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。(2)萃取和分液：利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì)，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸發(fā)結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl。(4)冷卻結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。(5)蒸餾或分餾：分離沸點(diǎn)不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇或甘油。(6)冷卻法：利用氣體液化的特點(diǎn)分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣。1．某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室利用氫氧化鈉、鹽酸分離鐵粉和鋁粉混合物，轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示，下列說法不正確的是()A．x為NaOH溶液，y為鹽酸B．a(chǎn)→b發(fā)生的反應(yīng)為：AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓C．按照本流程，x和y調(diào)換后也能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康腄．b、c既能與強(qiáng)酸又能與強(qiáng)堿反應(yīng)解析：根據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系，加入試劑x，得到溶液和Fe，利用Al能與NaOH反應(yīng)，F(xiàn)e不與NaOH反應(yīng)，因此試劑x為NaOH，即a的主要成分是NaAlO2，根據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系，試劑y應(yīng)為鹽酸，發(fā)生AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓，然后氫氧化鋁受熱分解成Al2O3，最后通過電解的方法得到金屬Al。根據(jù)上述分析，x為NaOH溶液，y為鹽酸，故A說法正確；a→b的反應(yīng)是AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓，故B說法正確；如果x和y互換，a為FeCl2和AlCl3，加入NaOH，則得到Fe(OH)2和Al(OH)3，按照流程無法得到金屬鋁，故C說法錯誤；b和c分別是Al(OH)3和Al2O3，都屬于兩性化合物，既能與強(qiáng)酸反應(yīng)，又能與強(qiáng)堿反應(yīng)，故D說法正確。答案：C2．以硫鐵礦(主要成分為FeS2)為原料制備氯化鐵晶體(FeCl3·6H2O)的工藝流程如圖所示，下列說法不正確的是()A．酸溶過程使用的酸也可以是硝酸，且過量B．為了防止污染，焙燒過程中產(chǎn)生的SO2要回收利用C．通入氯氣的目的是氧化Fe2＋D．由FeCl3·6H2O制取無水FeCl3需要在氯化氫的氣流中加熱解析：若用過量硝酸酸溶，會引入NOeq\o\al(—,3)，A錯誤；SO2是一種污染氣體，必須回收利用，B正確；通入Cl2的目的是將Fe2＋全部氧化為Fe3＋，C正確；為了防止Fe3＋水解，由FeCl3·6H2O制取無水FeCl3時需要在HCl的氣流中加熱，D正確。答案：A3．(2019·西安模擬)實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上以鋁土礦(含Al2O3、Fe2O3、SiO2)為原料制銨明礬NH4Al(SO4)2晶體的工藝流程如圖所示，下列說法錯誤的是()A．固體a的化學(xué)式為SiO2B．固體b的化學(xué)式為Fe(OH)3C．Ⅲ中通入足量CO2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2AlOeq\o\al(—,2)＋CO2＋3H2O=COeq\o\al(2—,3)＋2Al(OH)3↓D．Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ都要用到的分離方法是過濾解析：SiO2不溶于鹽酸，A正確；紅褐色固體b是Fe(OH)3，B正確；Ⅲ中通入足量CO2氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為AlOeq\o\al(—,2)＋CO2＋2H2O=HCOeq\o\al(—,3)＋Al(OH)3↓，C錯誤；Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ都要用到的分離方法是過濾，D正確。答案：C4．從某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工業(yè)廢液中回收銅并制備氯化鐵晶體的流程如下。下列說法正確的是()A．試劑a是鐵、試劑b是稀硫酸B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用儀器相同C．試劑c是氯氣，相應(yīng)的反應(yīng)為2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－D．用酸性KMnO4溶液可檢驗(yàn)溶液W中是否含有Fe2＋解析：由最終要得到的氯化鐵及流程圖知b是鹽酸，A錯誤；操作Ⅰ和操作Ⅱ是過濾，操作Ⅲ為蒸發(fā)結(jié)晶，所用儀器有差異，B錯誤；濾液Z和X中均含有氯化亞鐵，因此c為氯氣，C正確；高錳酸鉀能氧化氯離子而褪色，因此不能用于檢驗(yàn)是否含有亞鐵離子，D錯誤。答案：C5．(2018·江蘇卷)以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金屬硫酸鹽)為原料，生產(chǎn)氧化鋁并獲得Fe3O4的部分工藝流程如下：(1)焙燒過程均會產(chǎn)生SO2，用NaOH溶液吸收過量SO2的離子方程式為______________________________________________________________________________________________________。(2)添加1%CaO和不添加CaO的礦粉焙燒，其硫去除率隨溫度變化曲線如圖所示。已知：多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度都高于600℃硫去除率＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(焙燒后礦粉中硫元素總質(zhì)量,焙燒前礦粉中硫元素總質(zhì)量)))×100%①不添加CaO的礦粉在低于500℃焙燒時，去除的硫元素主要來源于__________。②700℃焙燒時，添加1%CaO的礦粉硫去除率比不添加CaO的礦粉硫去除率低，其主要原因是_________________________________________________________________________________。(3)向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2，鋁元素存在的形式由________________(填化學(xué)式)轉(zhuǎn)化為________(填化學(xué)式)。(4)“過濾”得到的濾渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3與FeS2混合后在缺氧條件下焙燒生成Fe3O4和SO2，理論上完全反應(yīng)消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝______________________________________。解析：(1)NaOH吸收過量SO2的離子方程式為SO2＋OH－=HSOeq\o\al(－,3)。(2)①由已知多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度都高于600℃，不添加CaO的礦粉在低于500℃焙燒時，去除的硫元素主要來源于雜質(zhì)FeS2。②700℃焙燒時，F(xiàn)eS2中的硫元素生成SO2，添加CaO后，SO2會與CaO、O2反應(yīng)生成CaSO4而留在礦粉中。(3)用NaOH溶液堿浸后，Al2O3、SiO2溶解，轉(zhuǎn)化為NaAlO2和Na2SiO3，通入過量CO2后，NaAlO2與CO2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Al(OH)3。(4)Fe2O3與FeS2在缺氧條件下焙燒生成Fe3O4和SO2，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式配平為16Fe2O3＋FeS2eq\o(=,\s\up14(焙燒))11Fe3O4＋2SO2↑，可得關(guān)系式FeS2～16Fe2O3，則理論上完全反應(yīng)消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16。答案：(1)SO2＋OH－=HSOeq\o\al(－,3)(2)①FeS2②硫元素轉(zhuǎn)化為CaSO4而留在礦粉中(3)NaAlO2Al(OH)3(4)1∶166．(2019·煙臺模擬)某工廠酸性廢液中含有Fe3＋、Al3＋、Fe2＋、SOeq\o\al(2－,4)，以該廢液為原料制備Fe2O3的工藝流程如下(部分操作和條件略)：已知：①NH4HCO3在熱水中會分解。②常溫下，溶液中不同金屬離子生成氫氧化物沉淀時的pH見下表：金屬離子(0.1mol·L－l)Fe3＋Fe2＋Al3＋開始沉淀時的pH2.47.63.4完全沉淀時的pH3.79.64.8回答下列問題：(1)寫出“還原”步驟中反應(yīng)的離子方程式：_______________________________________________________________________。(2)試劑X可選用________(任寫一種，填化學(xué)式)，“濾渣”的主要成分是______________。(3)加入碳酸氫銨后過濾，發(fā)現(xiàn)濾液仍然渾濁，可能的原因是_____________________________________________________________________________________________________________，用90℃熱水洗滌FeCO3沉淀的目的是_________________________________________________________________________。(4)若在實(shí)驗(yàn)室中灼燒FeCO3應(yīng)在____________(填儀器名稱)中進(jìn)行，“灼燒氧化”發(fā)生的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________________。(5)若工業(yè)上灼燒氧化174.0噸FeCO3得到117.6噸產(chǎn)品，則該產(chǎn)品中Fe2O3的純度為__________(設(shè)產(chǎn)品中雜質(zhì)只有FeO，保留一位小數(shù))。解析：(1)“還原”是鐵粉將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，同時與廢液中的H＋反應(yīng)生成H2，反應(yīng)的離子方程