高考鲁科版化学一轮专题突破训练2 化学工艺流程试题的突破方略.docx
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高考鲁科版化学一轮专题突破训练2化学工艺流程试题的突破方略
专题突破训练
（二）
化学工艺流程试题的突破方略
（建议用时：
35分钟）
1．（2019·石家庄模拟）磷酸铁锂电池被广泛应用于各种电动汽车，其正极是通过将磷酸铁锂（LiFePO4）、导电剂、黏结剂和乙炔黑等按比例混合，再涂于铝箔上制成。
一种从废旧磷酸铁锂电池正极材料中回收某些金属资源的工艺流程如下：
已知：
①常温下，Ksp[Fe（OH）3]＝10－39 ②Li2CO3的溶解度，0℃为1.54g；100℃为0.72g
请回答：
（1）向滤液1中加入硫酸，可得到Al（OH）3，该反应的离子方程式为_______
________________________________________________________________。
（2）“酸浸”时，有磷酸生成，则磷酸铁锂在该过程中发生反应的化学方程式为_______________________________________________________________；
所加H2SO4和H2O2也可用HNO3代替，但缺点为______________________
_______________________________________________________________。
（3）“沉铁”时，溶液的pH与金属元素的沉淀百分率（w）的关系如表：
pH
3.5
5
6.5
8
10
12
w（Fe）/%
66.5
79.2
88.5
97.2
97.4
98.1
w（Li）/%
0.9
1.3
1.9
2.4
4.5
8.0
则该过程应调节pH＝________，其原因为____________________________；假设该过程在常温下进行，则此时溶液中[Fe3＋]＝________。
（4）“沉锂”时，所得Li2CO3应选择________（选填“冷水”或“热水”）进行洗涤，判断Li2CO3已洗涤干净的操作和现象为__________________________
_________________________________________________________________。
解析：
（1）由题意及题图可知，滤液1中含有[Al（OH）4]－，加入硫酸得到Al（OH）3的离子反应为[Al（OH）4]－＋H＋===Al（OH）3↓＋H2O。
（2）反应物为LiFePO4、H2O2、H2SO4，生成物为Li2SO4、Fe2（SO4）3、H3PO4、H2O，发生的反应为2LiFePO4＋H2O2＋4H2SO4===Li2SO4＋Fe2（SO4）3＋2H3PO4＋2H2O。
加入硝酸代替硫酸和H2O2，硝酸会被还原为氮的氧化物，氮的氧化物是大气污染物，污染环境。
（3）由题表可知，pH＝8时，Fe元素的沉淀百分率较大且Li元素的损失较小，故应调节pH＝8；Ksp[Fe（OH）3]＝[Fe3＋][OH－]3，则[Fe3＋]＝10－21mol·L－1。
（4）由不同温度下碳酸锂的溶解度数据可知，应选择热水进行洗涤；取最后一次洗涤液少许，向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀生成，则证明已洗涤干净。
答案：
（1）[Al（OH）4]－＋H＋===Al（OH）3↓＋H2O
（2）2LiFePO4＋H2O2＋4H2SO4===Li2SO4＋Fe2（SO4）3＋2H3PO4＋2H2O 产生氮氧化物气体，污染环境（合理即可） （3）8 Fe元素的沉淀百分率较大且Li元素的损失较小 10－21mol·L－1 （4）热水 取最后一次洗涤液少许，向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，无沉淀生成，则证明已洗涤干净
2．（2019·广州综合测试）高氯酸铵（NH4ClO4）可用作火箭推进剂等。
制备NH4ClO4的工艺流程如下：
饱和食盐水NaClO3
NaClO4
（1）电解NaClO3溶液时，ClO在_______极发生反应，其电极反应式为________________________________________________________________________。
（2）“除杂”有两种方案。
①方案1：
加入盐酸和H2O2溶液，NaClO3转化为ClO2，化学方程式为
______________________________________________________________。
方案2：
加入氨水和FeCl2·4H2O，NaClO3转化为Cl－，离子方程式为
_______________________________________________________________，
如果FeCl2·4H2O过量会出现黑色磁性沉淀，该沉淀可能是________（填化学式）。
②比较氧化性：
ClO________ClO（填“>”或“<”）。
③两种方案相比，方案1的优点是___________________________________
（答一条即可）。
（3）“反应”时用NaClO4和NH4Cl在90℃制备NH4ClO4。
如果用浓盐酸和液氨代替NH4Cl，则无需加热，原因是___________________________________。
（4）该流程中可循环利用的物质是________（填化学式）。
解析：
（1）电解NaClO3溶液时，ClO转化为ClO，在阳极发生氧化反应：
ClO＋H2O－2e－===ClO＋2H＋。
（2）①加入盐酸和H2O2溶液，NaClO3转化为ClO2，Cl的化合价降低，则H2O2转化为O2，NaClO3ClO2、H2O2O2，由得失电子守恒可知NaClO3、H2O2的系数分别为2、1，再结合原子守恒配平化学方程式。
加入氨水和FeCl2·4H2O，NaClO3转化为Cl－，Cl的化合价降低，则FeCl2在碱性条件下转化为Fe（OH）3，NaClO3Cl－、FeCl2Fe（OH）3，由得失电子守恒知NaClO3、FeCl2的系数分别为1、6，再结合电荷守恒和原子守恒配平离子方程式。
黑色磁性沉淀为Fe3O4。
②根据除杂的两种方案，NaClO3可将H2O2、Fe2＋氧化，而NaClO4不发生反应，可知氧化性：
ClO＞ClO。
③两种方案相比，方案1操作步骤简单，而方案2需要进行过滤操作。
（3）如果用浓盐酸和液氨代替NH4Cl，则无需加热，是因为浓盐酸和液氨的反应为中和反应，为放热反应。
（4）除杂时有NaCl生成，结晶后分离出母液得到氯化钠溶液，可以循环使用。
答案：
（1）阳 ClO＋H2O－2e－===ClO＋2H＋
（2）①2NaClO3＋2HCl＋H2O2===2ClO2↑＋2NaCl＋2H2O＋O2↑ 6Fe2＋＋ClO＋3H2O＋12NH3·H2O===6Fe（OH）3↓＋Cl－＋12NH Fe3O4 ②＞ ③操作步骤简单（或过量的H2O2易除去等合理答案）
（3）浓盐酸和液氨的反应为放热反应 （4）NaCl
3．（2016·全国卷Ⅲ，T26节选）过氧化钙微溶于水，溶于酸，可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。
以下是一种制备过氧化钙的实验方法。
回答下列问题：
过氧化钙的制备
CaCO3滤液白色结晶
（1）步骤①的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈________性（填“酸”、“碱”或“中”）。
将溶液煮沸，趁热过滤。
将溶液煮沸的作用是________________。
（2）步骤②中反应的化学方程式为___________________________________
_______________________________________________________________，
该反应需要在冰浴下进行，原因是_________________________________。
（3）将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是______________________________________________________________。
（4）制备过氧化钙的另一种方法是：
将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。
该工艺方法的优点是________________________，
产品的缺点是________。
解析：
（1）步骤①中逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，该固体为CaCO3，溶液中含有CaCl2，由于溶解了生成的CO2，溶液呈弱酸性。
将溶液煮沸，可排出溶解的CO2，防止与后续加入的氨水及生成的CaO2反应。
（2）滤液中含有CaCl2，加入氨水和双氧水在冰浴条件下反应，经过滤得到白色晶体（CaO2），结合元素守恒推知步骤②中反应还生成NH4Cl和H2O，化学方程式为CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2＋6H2O===CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl或CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2===CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O。
H2O2不稳定，受热易分解生成H2O和O2，故该反应在冰浴条件下进行，其目的是防止H2O2受热分解。
（3）过氧化钙微溶于水，能溶于酸，白色结晶（CaO2）可依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是去除结晶表面水分。
（4）将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。
与第一种方法相比，其优点是工艺简单、操作方便；产品的缺点是纯度较低。
答案：
（1）酸 除去溶液中的CO2
（2）CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2＋6H2O===CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl或CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2===CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O 温度过高时双氧水易分解 （3）去除结晶表面水分 （4）工艺简单、操作方便 纯度较低
4．某工厂对工业污泥中的铬元素回收与再利用的工艺如图（已知硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是少量的Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋）：
部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示：
阳离子
Fe3＋
Fe2＋
Mg2＋
Al3＋
Cr3＋
开始沉淀时的pH
1.9
7
—
—
—
沉淀完全时的pH
3.2
9
11.1
8
9（>9溶解）
（1）实验室用98%（密度为1.84g·cm－3）的浓硫酸配制200mL4.8mol·L－1的硫酸溶液，配制时需要量取98%的浓硫酸的体积为____________mL（保留小数点后一位小数），所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒外，还需____________。
（2）过滤操作时，需要对沉淀进行洗涤，洗涤沉淀的方法是_______________
_______________________________________________________________。
（3）加入H2O2的作用一方面是氧化＋3价Cr使之转变成＋6价Cr（CrO或Cr2O），以便于与杂质离子分离；另一方面是____________________________。
（用离子方程式表示）
（4）调节溶液的pH＝8除去的杂质离子是________。
（5）钠离子交换树脂的原理为Mn＋＋nNaR===MRn＋nNa＋，被交换的杂质离子是________。
（6）通SO2气体时，还原过程发生以下反应（填写缺项物质并配平）：
______Na2Cr2O7＋________SO2＋________ ________===________
Cr（OH）（H2O）5SO4＋________Na2SO4。
解析：
（1）由于实验室中没有200mL的容量瓶，故配制200mL4.8mol·L－1的硫酸溶液时
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