2025年高考二輪復習化學大題突破練1　化學工藝流程題2

大題突破練(一)化學工藝流程題學生用書P3061.(2024·河北卷)V2O5是制造釩鐵合金、金屬釩的原料,也是重要的催化劑。以苛化泥為焙燒添加劑從石煤中提取V2O5的工藝,具有釩回收率高、副產物可回收和不產生氣體污染物等優(yōu)點。工藝流程如下。已知:ⅰ.石煤是一種含V2O3的礦物,雜質為大量Al2O3和少量CaO等;苛化泥的主要成分為CaCO3、NaOH、Na2CO3等。ⅱ.高溫下,苛化泥的主要成分可與Al2O3反應生成偏鋁酸鹽;室溫下,偏釩酸鈣[Ca(VO3)2]和偏鋁酸鈣均難溶于水?；卮鹣铝袉栴}:(1)釩原子的價層電子排布式為;焙燒生成的偏釩酸鹽中釩的化合價為,產生的氣體①為(填化學式)。

(2)水浸工序得到濾渣①和濾液,濾渣①中含釩成分為偏釩酸鈣,濾液中雜質的主要成分為(填化學式)。

(3)在弱堿性環(huán)境下,偏釩酸鈣經鹽浸生成碳酸鈣,發(fā)生反應的離子方程式為;CO2加壓導入鹽浸工序可提高浸出率的原因為;浸取后低濃度的濾液①進入(填工序名稱),可實現(xiàn)釩元素的充分利用。

(4)洗脫工序中洗脫液的主要成分為(填化學式)。

(5)下列不利于沉釩過程的兩種操作為(填字母)。

a.延長沉釩時間b.將溶液調至堿性c.攪拌d.降低NH4Cl溶液的濃度答案:(1)3d34s2+5價CO2(2)NaAlO2(3)HCO3-+OH+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2VO3-提高溶液中HCO3-濃度,促使偏釩酸鈣轉化為碳酸鈣(4)NaCl(5)bd解析:“焙燒”過程中,通入空氣,石煤和苛化泥在高溫條件下反應生成NaVO3、Ca(VO3)2、NaAlO2、Ca(AlO2)2、CaO和CO2等?！八边^程中,分離“焙燒”后的可溶性物質(如NaVO3)和不溶性物質[Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2等]?！半x子交換”“洗脫”過程中,富集和提純VO3-?！俺菱C”過程中,生成NH4VO3?！胞}浸”過程中,濾渣①中含有釩元素,通過“鹽浸”,使濾渣①中的釩元素進入濾液①中,再將濾液①回流到“離子交換”工序,進行V(1)釩是23號元素,其價層電子排布式為3d34s2;焙燒過程中,氧氣被還原,V2O3被氧化生成VO3-,偏釩酸鹽中釩的化合價為+5價;CaCO3在800℃以上開始分解,生成的氣體①為CO(2)由已知信息可知,高溫下,苛化泥的主要成分NaOH與Al2O3反應生成偏鋁酸鈉,所以濾液中雜質的主要成分是NaAlO2。(3)在弱堿性環(huán)境下,Ca(VO3)2與HCO3-和OH反應生成CaCO3、VO3-和H2O,離子方程式為HCO3-+OH+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2VO3-。濾液①中含有VO3-、NH4+等,(4)由離子交換工序中樹脂的組成可知,洗脫液中應含有Cl,考慮到水浸所得溶液中含有Na+,為避免引入其他雜質離子,且NaCl廉價易得,故洗脫液的主要成分應為NaCl。(5)沉釩過程是生成NH4VO3。NH4Cl呈弱酸性,如果將溶液調至堿性,OH與NH4+反應,不利于生成NH4VO3,b符合題意;降低NH4Cl溶液的濃度,也不利于生成NH4VO32.(2024·湖南長沙一中三模)錸是一種稀有貴重金屬,廣泛用于制造飛機、衛(wèi)星和火箭的外殼等。工業(yè)上一種利用富錸礦渣(主要成分ReS2)提取錸的工藝流程如圖所示:已知:①“焙燒”得到的固體成分有Re2O7、ReO3以及鐵、銅和硅的氧化物;②Re2O7是酸性氧化物,HReO4的性質與HClO4的性質相似;高錸酸銨(NH4ReO4)微溶于冷水,易溶于熱水;③室溫下,lgKb(NH3·H2O)=4.7?；卮鹣铝袉栴}。(1)Re2O7與水反應的離子方程式為

;

室溫下,加入氨水后,測得溶液pH約為11,則溶液中c(NH4+)(填“>”“<”或“=”)c(NH3·H2(2)“焙燒”時,空氣從焙燒爐底部通入,粉碎后的礦渣從頂部加入,目的是

。

(3)寫出“熱解”時發(fā)生反應的主要化學方程式:

。

(4)測得制得的錸粉(含少量Re2O7)中Re與O的原子個數(shù)比為1∶0.35,則該產品的純度為%(保留三位有效數(shù)字)。

(5)已知ReO3的立方晶胞結構如圖所示,則Re在晶胞中的位置為;晶體中一個Re周圍與其最近的O的個數(shù)為。

答案:(1)Re2O7+H2O2ReO4-+2H+(2)增大接觸面積,提高反應速率,使焙燒充分,提高原料的利用率(3)4NH4ReO4+3O22N2+8H2O+2Re2O7(4)87.4(5)頂角6解析:由題給流程可知,富錸礦渣加入生石灰后,在空氣中焙燒得到錸、鐵、銅、硅的氧化物,向氧化物中加入稀硫酸和過氧化氫溶液,酸性條件下,二硫化錸與過氧化氫溶液發(fā)生氧化還原反應生成高錸酸和硫酸,過濾得到浸渣和含有高錸酸和硫酸的濾液;向濾液中加入有機萃取劑R3N萃取,分液得到可以循環(huán)使用的稀硫酸和有機相;向有機相中加入氨水反萃取,分液得到可以循環(huán)使用的有機萃取劑R3N和高錸酸銨溶液;高錸酸銨溶液經蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到高錸酸銨晶體,高錸酸銨晶體與氧氣共熱反應生成氮氣、七氧化二錸和水,在800℃條件下,氫氣和七氧化二錸發(fā)生置換反應生成錸和水。(1)由題意可知,七氧化二錸和水反應生成高錸酸,反應的離子方程式為Re2O7+H2O2ReO4-+2H+;由一水合氨的電離常數(shù)可知,溶液中c(NH4+)c(NH3·(2)“焙燒”采用逆流操作可增大反應物的接觸面積,有利于提高反應速率,使焙燒更加充分,提高原料的利用率。(3)由分析可知,“熱解”時發(fā)生的主要反應為高錸酸銨晶體與氧氣共熱反應生成氮氣、七氧化二錸和水,反應的化學方程式為4NH4ReO4+3O22N2+8H2O+2Re2O7。(4)設錸粉中錸和七氧化二錸的物質的量分別為amol、bmol,由錸原子和氧原子的原子個數(shù)比為1∶0.35可得(a+2b)∶7b=1∶0.35,解得a=18b,則產品的純度為18mol×186g·mol(5)由晶胞結構可知,晶胞中位于頂角的白球個數(shù)為8×18=1,位于棱上的黑球個數(shù)為12×14=3,由化學式可知,位于頂角的白球為錸原子;與位于頂角的錸原子距離最近的氧原子位于棱上,則晶體中一個錸原子周圍與其最近的氧原子的個數(shù)為3.(2024·湖北卷)鈹用于航天器件的構筑。一種從其鋁硅酸鹽[Be3Al2(SiO3)6]中提取鈹?shù)穆窂饺鐖D所示。已知:Be2++4HABeA2(HA)2+2H+回答下列問題。(1)基態(tài)Be2+的軌道表示式為。

(2)為了從“熱熔冷卻”步驟得到玻璃態(tài),冷卻過程的特點是。

(3)“萃取分液”的目的是分離Be2+和Al3+,向過量燒堿溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液,觀察到的現(xiàn)象是

。

(4)寫出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化學方程式:?！盀V液2”可以進入步驟再利用。

(5)電解熔融氯化鈹制備金屬鈹時,加入氯化鈉的主要作用是。

(6)Be(OH)2與醋酸反應得到某含4個Be的配合物,4個Be位于以1個O原子為中心的四面體的4個頂角,且每個Be的配位環(huán)境相同,Be與Be間通過CH3COO相連,其化學式為。

答案:(1)(2)快速冷卻(3)先出現(xiàn)白色渾濁,后白色渾濁迅速消失(4)BeA2(HA)2+6NaOHNa2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O反萃取分液(5)增強熔融氯化鈹?shù)膶щ娦?6)Be4O(CH3COO)6解析:將Be3Al2(SiO3)6加熱熔融,然后快速冷卻到其玻璃態(tài),再加入稀硫酸“酸浸過濾”,“濾渣”的成分為H2SiO3,“濾液1”中有Be2+和Al3+,加入含HA的煤油將Be2+萃取到有機相中,“水相1”中含有Al3+,“有機相”為BeA2(HA)2,加入過量氫氧化鈉反萃取Be2+使其轉化為Na2[Be(OH)4]進入“水相2”中,分離出含NaA的煤油,最后對“水相2”加熱,并過濾分離出Be(OH)2,通過系列操作得到金屬鈹,據(jù)此回答。(1)基態(tài)Be2+的電子排布式為1s2,其軌道表示式為。(2)熔融態(tài)物質冷卻凝固時,緩慢冷卻會形成晶體,快速冷卻會形成非晶態(tài),即玻璃態(tài),所以從“熱熔冷卻”中得到玻璃態(tài),其冷卻過程的特點為快速冷卻。(3)“濾液1”中有Be2+和Al3+,加入含HA的煤油將Be2+萃取到有機相中,則“水相1”中含有Al3+,向過量燒堿溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液,發(fā)生反應:Al3++3OHAl(OH)3↓、Al(OH)3+OH[Al(OH)4],可觀察到的現(xiàn)象為先出現(xiàn)白色渾濁,后白色渾濁迅速消失。(4)反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化學方程式為BeA2(HA)2+6NaOHNa2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O;“濾液2”的主要成分為NaOH,可進入“反萃取分液”步驟再利用。(5)氯化鈹熔融態(tài)導電性弱,電解熔融氯化鈹制備金屬鈹時,加入氯化鈉的主要作用為增強熔融氯化鈹?shù)膶щ娦浴?6)由題意可知,該配合物中有4個Be位于四面體的4個頂角,四面體中心只有1個O,Be與Be之間總共有6個CH3COO,則該配合物的化學式為Be4O(CH3COO)6。4.(2024·吉林白山二模)鈧(Sc)及其化合物在電子、超導合金和催化劑等領域有重要應用。一種利用鈦白廢酸液(含Sc3+、TiO2+、Fe3+的硫酸廢液)和赤泥(含有Sc2O3、Al2O3、Fe2O3、SiO2)聯(lián)合制備Sc2O3的工藝流程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}:已知:25℃時,Ksp[Sc(OH)3]=1×1030。(1)基態(tài)Fe3+的簡化電子排布式為。

(2)為提高“浸取”速率,可采取的措施有(寫出一條即可),“浸渣”的主要成分是(寫化學式);水相中含有的金屬離子主要是(寫離子符號)。

(3)“除鈦”時,加入H2O2的作用是。

(4)25℃時,若使“反萃取”后水溶液中的Sc3+沉淀完全(離子濃度≤105mol·L1),應控制溶液的pH不低于(保留兩位有效數(shù)字)。

(5)寫出草酸鈧晶體[Sc2(C2O4)3·6H2O]“灼燒”時發(fā)生反應的化學方程式:

。

答案:(1)[Ar]3d5(2)將赤泥碾碎(或適當升高溫度、攪拌等)SiO2Fe3+、Al3+(3)提供配體,生成配離子[TiO(H2O2)]2+進入水層(4)5.7(5)2Sc2(C2O4)3·6H2O+3O22Sc2O3+12CO2+12H2O解析:鈦白廢酸液(含Sc3+、TiO2+、Fe3+的硫酸廢液)和赤泥(含有Sc2O3、Al2O3、Fe2O3、SiO2)“浸取”,二氧化硅不和酸反應,“浸渣”為SiO2,“萃取”時分離出Al3+、Fe3+,向“萃取”后的溶液中加入硫酸和H2O2,除鈦分離出[TiO(H2O2)]2+,加NaOH溶液“反萃取”后分離出Sc(OH)3,與鹽酸反應后加草酸得到Sc2(C2O4)3·6H2O,再“灼燒”Sc2(C2O4)3·6H2O得到Sc2O3。(1)Fe是26號元素,基態(tài)Fe3+的簡化電子排布式為[Ar]3d5。(2)SiO2不與硫酸反應,故“浸渣”的主要成分是SiO2;根據(jù)流程圖可知,“浸取”除去SiO2,加入萃取劑“萃取”時水相中的金屬離子主要是Fe3+、Al3+。(3)由流程圖可知,加入H2O2后形成[TiO(H2O2)]2+,該轉化過程中元素化合價沒有變化,H2O2中的氧原子提供孤電子對,Ti原子提供空軌道,形成配離子[TiO(H2O2)]2+進入水層。(4)根據(jù)題意可知,Sc3+恰好完全沉淀時,Ksp[Sc(OH)3]=c(Sc3+)·c3(OH)=105·c3(OH)=1×1030,解得c(OH)≈108.3mol·L1,c(H+)=KWc(OH-)≈105.7mol·L1,(5)Sc2(C2O4)3·6H2O中Sc的化合價為+3價,反應前后Sc的化合價沒有發(fā)生變化,根據(jù)流程圖可知,空氣參與反應,空氣氧化草酸鈧晶體中的碳元素,反應的化學方程式為2Sc2(C2O4)3·6H2O+3O22Sc2O3+12CO2+12H2O。5.(2024·湖南雅禮中學三模)以濕法煉鋅廠所產的鈷錳渣(主要成分為Co2O3、CoO、NiO、MnO2,含少量Fe2O3、ZnO、CuO、CaO等)為原料回收制備CoC2O4的工藝如下:已知常溫下,Ksp(CuS)=1.3×1036,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×1020,Ksp(ZnS)=1.3×1024?；卮鹣铝袉栴}。(1)“酸浸”時其中Co2O3→Co2+,MnO2→Mn2+,Fe2O3→Fe2+,寫出Co2O3反應的化學方程式:

。

(2)“除鐵”時,生成KFe3(SO4)2(OH)6同時有CO2生成,寫出該反應的離子方程式:

。

(3)“除銅鋅”時,Cu2+主要以CuS而不是Cu(OH)2形式除去,結合計算說明其原因:(寫出主要計算推理過程)。(4)“濾渣3”中含有MnO2,寫出“除錳”時生成MnO2的化學方程式:

。

(5)P204、P507對金屬離子的萃取率與pH的關系如圖1所示。圖1①“P204萃取”后“萃取液1”進行“反萃取”的目的是

。

②“P507萃取”時,選擇合適的pH范圍為(填字母)。

A.3~4 B.4~5C.5~6 D.6~7(6)K2S的立方晶胞結構如圖2所示。若K2S晶體密度為dg·cm3,則晶胞中K+與S2之間最近距離為nm。

圖2答案:(1)Co2O3+K2SO3+2H2SO42CoSO4+K2SO4+2H2O(2)2K++6Fe2++3H2O2+4SO42-+3CO32-+3H2O2KFe3(SO4)2(OH)(3)根據(jù)Cu(OH)2(s)+S2(aq)CuS(s)+2OH(aq),K=Ksp[Cu(OH)2]Ksp(CuS)=2.(4)H2SO4+MnSO4+2Co(OH)3MnO2+2CoSO4+4H2O(5)①從萃取液中反萃取出Co2+、Ni2+,減少產品損失②B(6)34×3解析:鈷錳渣(主要成分為Co2O3、CoO、NiO、MnO2,含少量Fe2O3、ZnO、CuO、CaO等)中加入稀硫酸、K2SO3溶液進行酸浸,所得濾渣1中含有CaSO4;濾液中加入H2O2,將Fe2+氧化為Fe3+,再加入K2CO3調節(jié)pH,得到KFe3(SO4)2(OH)6沉淀;濾液1中加入KHS、K2S混合溶液除銅鋅,生成CuS、ZnS沉淀;濾液2中加入Co(OH)3除錳,生成S、MnO2沉淀;濾液3中加入P204萃取,鈷鎳進入萃取液中,加入硫酸反萃取后與萃余液1合并,再用P507萃取,鈷進入萃取液中,鎳進入萃余液2中;萃取液2中加入草酸進行反萃取,從而獲得CoC2O4。(1)“酸浸”時,Co2O3與K2SO3反應生成Co2+和SO42-,化學方程式為Co2O3+K2SO3+2H2SO42CoSO4+K2SO4+2H2(2)“酸浸”時,Fe2O3溶于稀硫酸產生Fe3+,被K2SO3還原為Fe2+?！俺F”時,H2O2用于氧化Fe2+,K2CO3用于調pH,可設KFe3(SO4)2(OH)6為1mol,然后根據(jù)“離子守恒”確定K+、Fe2+、SO42-的化學計量數(shù),再根據(jù)H2O2與Fe2+之間得失電子守恒,確定H2O2的系數(shù),可寫出:2K++6Fe2++3H2O2+4SO42-2KFe3(SO4)2(OH)6↓,此時方程式左右兩側電荷不守恒,利用CO32-配平電荷,可知左側需要補充3個CO32-,最終得到2K++6Fe2++3H2O2+4SO42-+3CO32-(3)Cu(OH)2(s)+S2(aq)CuS(s)+2OH(aq),K=Ksp[Cu(OH)2]Ksp(CuS)=1.7×10(4)MnO2在酸浸時,轉化為Mn2+,又因產物中Co元素為+2價,可知Co(OH)3作氧化劑,可將Mn2+氧化為MnO2,根據(jù)得失電子守恒,可寫出:MnSO4+2Co(OH)3MnO2+2CoSO4,根據(jù)SO42-個數(shù)守恒,可知左側需要補充1個H2SO4,即化學方程式為H2SO4+MnSO4+2Co(OH)3MnO2+2CoSO4+4H2O(5)①根據(jù)流程圖,以及圖中鈷鎳難以利用P204分離開,且反萃取液進入后續(xù)獲取Co2+、Ni2+的分離流程,說明反萃取可得到Co2+、Ni2+。②為了分離Co2+、Ni2+,由圖可知選擇pH為4~5,Co2+的萃取率較高,Ni2+則相對較低。(6)由晶胞結構圖可知,晶胞參數(shù)為3440dNA×107nm,K+與S2之間最近距離為體對角線的14,即346.鎳、鉻、銅及其化合物在工業(yè)上有廣泛的應用,從電鍍污泥[含有Cu(OH)2、Ni(OH)2、Fe(OH)3、Cr(OH)3和SiO2等]中回收制備NiSO4·nH2O和其他金屬及其化合物的工藝流程如圖所示。已知:“萃取”可將金屬離子進行富集與分離,原理如下:X2+(水相)+2RH(有機相)XR2(有機相)+2H+(水相)回答下列問題:(1)與鉻同周期的所有元素的基態(tài)原子中最外層電子數(shù)與鉻原子相同的元素有(填元素符號)。原子核外運動的電子有兩種相反的自旋狀態(tài),若一種自旋狀態(tài)用“+12”表示,與之相反的用“12”表示,“±12”即稱為電子的自旋磁量子數(shù)。對于基態(tài)Ni原子,(2)已知NiO與MgO的晶體結構相同,其中Mg2+和Ni2+的離子半徑分別為66pm和69pm。則熔點:NiO(填“>”“<”或“=”)MgO,理由是

。

(3)“濾渣Ⅰ”的主要成分為(填化學式)。

(4)電解之后加入碳酸鈉調節(jié)pH的目的是

。

(5)“反萃取”時加入的試劑A為。

(6)“反萃取”得到的NiSO4溶液,在堿性條