考点15 工艺流程题原卷版.docx

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考点15工艺流程题原卷版

考点15工艺流程题

1．（2020·西藏拉萨中学月考）无机研究开创绝不无“钴”的时代，例如：

CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂、草酸钴可用于指示剂和催化剂。

其中草酸钴的制备可用水钴矿（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等）制取CoC2O4·2H2O工艺流程如下图所示：

已知：

①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等；

②酸性条件下，ClO3－不会氧化Co2+，ClO3－转化为Cl－；

（1）浸出过程中加入Na2SO3的主要离子方程式为____________________。

（2）加入NaClO3发生可以将溶液中Fe2+氧化，进而调节pH除去，但不能向“浸出液”中加过量NaClO3的主要原因是：

__________________。

（3）若“滤液Ⅰ”中c（Ca2+）=1.0×10－3mol·L－1，当除钙率达到99%时，溶液中c（F－）=___________mol/L。

[已知Ksp（CaF2）=4.0×10－11]

（4）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图1所示，萃取剂的选择的标准是___________；其使用的适宜pH范围是___________（填字母代号）。

A．2.0~2.5B．3.0~3.5C．4.0~4.5

（5）CoC2O4·2H2O热分解质量变化过程如图2所示。

其中600℃以前是隔绝空气加热，600℃以后是在空气中加热。

A、B、C均为纯净物；用化学方程式表示从A点到B点的物质转化___________。

C点所示产物的化学式是___________。

（Co的相对原子质量是59）

2．（2020·石嘴山市第三中学月考）以废旧锌锰电池初步处理分选出的含锰废料（MnO2、MnOOH、MnO及少量Fe、Pb等）为原料制备高纯MnCl2·xH2O，实现锰的再生利用。

其工作流程如下：

资料a．Mn的金属活动性强于Fe；Mn2+在酸性条件下比较稳定，pH高于5.5时易被O2氧化。

资料b．生成氢氧化物沉淀的pH

Mn（OH）2

Pb（OH）2

Fe（OH）3

开始沉淀时

8.1

6.5

1.9

完全沉淀时

10.1

8.5

3.2

注：

金属离子的起始浓度为0.1mol·L-1

（1）过程Ⅰ的目的是浸出锰。

经检验滤液1中含有的阳离子为Mn2+、Fe3+、Pb2+和H+。

①MnOOH与浓盐酸反应的离子方程式是_____。

②检验滤液1中含Fe3+的试剂____。

③Fe3+由Fe2+转化而成，可能发生的反应有：

a．2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-b．4Fe2++O2+4H+=2Fe3++2H2Oc．_____。

（2）过程Ⅱ的目的是除铁。

有如下两种方法，

ⅰ．氨水法：

将滤液1先稀释，再加适量10%的氨水，过滤。

ⅱ．焙烧法：

将滤液1浓缩得到的固体于290℃焙烧，冷却，取焙烧物，加水溶解，过滤，再加盐酸酸化至pH小于5.5。

已知：

焙烧中发生的主要反应为2FeCl3+3O2=2Fe2O3+3Cl2，MnCl2和PbCl2不发生变化。

①氨水法除铁时，溶液pH应控制在_____之间。

②两种方法比较，氨水法除铁的缺点是_____。

（3）过程Ⅲ的目的是除铅。

加入的试剂是___。

（4）过程Ⅳ所得固体中的x的测定如下，取m1g样品，置于氯化氢氛围中加热至失去全部结晶水时，质量变为m2g。

则x=___。

3．（2020·北京清华附中月考）氢氧化铈是黄色难溶于水、可溶于酸的常用化学试剂。

以氟碳铈矿（主要成分为CeFCO3）为原料提取氢氧化铈的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

（1）CeFCO3中Ce的化合价为____。

“酸浸”时，为提高矿石的浸出率，下列措施可采取的是___（填标号）。

A．提高浸出温度B．延长浸出时间C．用98%的硫酸

（2）氧化焙烧发生的反应方程式为__________。

（3）H2O2的作用是__________。

（4）HT是一种难溶于水的有机溶剂，它能将Ce3+从水溶液中萃取出来，该过程可表示为Ce3+（水层）+3HT（有机层）

CeT3（有机层）+3H+（水层）。

操作I的名称是________，操作III的步骤是_______。

（5）从平衡的角度解释加碱调pH值生成Ce（OH）3悬浊液的原因________。

4．（2020·云南月考）锂被誉为“高能金属”，废旧锂离子电池的正极材料主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等，处理该废料的一种工艺流程如图所示：

已知：

①Ksp（Li2CO3）＝1.6×10－3，LiCoO2难溶于水，具有强氧化性；

②相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH值如下表所示：

回答下列问题：

（1）写出“碱溶”时发生主要反应的离子方程式：

____________________________________。

（2）为提高“酸溶”的浸出速率，可采取的措施有___________________________（任写一种）。

（3）“酸溶”时，LiCoO2发生的主要反应的离子方程式为_____________________________；若用浓盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，缺点是___________________________________。

（4）用氨水调节pH的范围为____________，若“沉钴”后溶液中c（Li＋）＝4mol·L－1，加入等体积的Na2CO3溶液后，沉淀中的Li元素占原Li元素总量的90%，则“沉锂”后溶液中c（

）＝__________mol·L－1。

（5）该流程涉及多次过滤，实验室中过滤后洗涤沉淀的操作为________________。

（6）写出“沉钴”过程中发生反应的离子方程式：

____________________________________。

5．（2020·湖北宜都二中开学考试）碱式硫酸铁[Fe（OH）SO4]是黄褐色固体，常用作媒染剂和净水剂。

一种利用废铁屑（含少量Al、Al2O3、Fe2O3等杂质）生产碱式硫酸铁的工艺流程如图所示：

已知：

①部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀时溶液的pH如表：

金属阳离子

Fe2+

Fe3+

Al3+

开始沉淀

7.5

2.3

3.4

沉淀完全

9.7

3.2

4.4

②Fe（OH）2+发生电离：

Fe（OH）2+

Fe3++OH-。

请回答下列问题：

（1）加入少量NaHCO3，调节pH的范围是_____________________。

（2）“氧化”过程中，发生反应的离子方程式为_______________________；该过程某同学选用稀硝酸代替H2O2溶液完成反应，你认为不足之处是__________________。

（3）“氧化”过程中，若硫酸加入量过小，容易生成_______________________（填化学式）沉淀；若硫酸加入量过大，不利于产品形成，试从平衡移动的角度分析原因是_____________。

（4）碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe（OH）2+可部分水解生成

聚合离子。

该反应的离子方程式为_______________________。

（5）将所得产品加蒸馏水溶解，为检验是否含有Fe2+，最好选用的试剂是____________________（填字母代号）。

A．氯水B．KSCN溶液C．K3[Fe（CN）6]溶液D．H2O2溶液

6．（2020·新疆乌鲁木齐市第70中月考）磷化氢（PH3）是一种剧毒气体，是最常用的高效熏蒸杀虫剂，也是一种电子工业原料。

（1）在密闭粮仓放置的磷化铝（AlP）片剂，遇水蒸气放出PH3气体，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

（2）利用反应PH3＋3HgCl2===P（HgCl）3＋3HCl，可准确测定微量的PH3。

①HgCl2溶液几乎不导电，说明HgCl2属于____________（填“共价”或“离子”）化合物。

②通过测定溶液________变化，可测定一定体积空气中PH3的浓度。

（3）PH3的一种工业制法涉及的物质转化关系如图所示：

①亚磷酸属于________元酸。

②当反应Ⅰ生成的n（NaH2PO2）∶n（Na2HPO3）＝3∶1时，参加反应的n（P4）∶n（NaOH）＝____________。

（4）一种用于处理PH3废气的吸收剂成分为次氯酸钙80%、锯木屑（疏松剂）15%、活性炭2.5%、滑石粉（防结块）2.5%。

①次氯酸钙将PH3氧化为H3PO4的化学方程式为________________________________。

②空气中的水蒸气可加快PH3的氧化过程，其原因可能是_____________。

（用化学方程式表示）

（5）从（4）中的吸收残留物中回收磷酸氢钙（CaHPO4）的方法如下：

①试剂X为________（填化学式）。

②已知25℃时，H3PO4的Ka1＝7.5×10－3、Ka2＝6.3×10－8、Ka3＝4.4×10－13。

CaHPO4悬浊液pH__________7（填“>”“＝”或“<”），通过计算说明理由：

____________________________。

7．（2020·名校交流2021届高三9月联考）“翠矾”（NiSO4·7H2O）在印染工业作媒染剂，生产酞菁艳蓝络合剂；氟镍化钾（K2NiF4）是结构化学研究的热点物质。

以镍废渣（主要成分为Ni，含少量Fe、Al、Fe3O4、Al2O3和不溶性杂质等）为原料合成“翠矾”和氟镍化钾的流程如下：

几种金属离子的氢氧化物沉淀pH如表：

请回答下列问题：

（1）“碱浸”过程中，为提高浸出率，可采取的措施是___________（写一种即可）。

（2）“转化”过程中加入H2O2的目的是__________（用离子方程式表示），经实验测定该过程温度高于40℃，转化率急速降低的原因可能是________。

（3）调节pH＝a，其中a的取值范围是_____________。

（4）写出“灼烧”NiCO3和NH4F的混合物时的化学反应方程式：

_________，为避免污染环境，选择下列装置吸收尾气，最宜选择___________（填选项）。

（5）从溶液中获得NiSO4·7H2O的操作A是_____________。

（6）准确称取ωg翠矾晶体产品于锥形瓶中，加入足量的蒸馏水溶解配成250mL溶液，取20.00mL所配溶液于锥形瓶中，用cmol·L－1的标准溶液EDTA（Na2H2Y）滴定至终点（发生反应Ni2＋＋H2Y2－＝NiY2－＋2H＋），三次实验消耗标准液的体积分别为20.02mL、19.98mL、19.50mL，则翠矾的纯度为___________%（只列计算式，不考虑杂质反应）。

8．（2020·广东广州·高三开学考试）镍及其化合物用途广泛。

某矿渣的主要成分是NiFe2O4（铁酸镍）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，以下是从该矿渣中回收NiSO4的工艺路线：

已知：

（NH4）2SO4在350℃以上会分解生成NH3和H2SO4。

NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4、Fe2（SO4）3。

锡（Sn）位于第五周期第ⅣA族。

（1）焙烧前将矿渣与（NH4）2SO4混合研磨，混合研磨的目的是______，“焙烧”时矿渣中部分FeO反应生成Fe2（SO4）3的化学方程式为_____。

（2）“浸泡”过程中Fe2（SO4）3生成FeO（OH）的离子方程式为_________，“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO（OH）外还含有______（填化学式）。

（3）为保证产品纯度，要检测“浸出液”的总铁量：

取一定体积的浸出液，用盐酸酸化后，加入SnCl2将Fe3+还原为Fe2+，所需SnCl2的物质的量不少于Fe3+物质的量的___倍；除去过量的SnCl2后，再用酸性K2Cr2O7标准溶液滴定溶液中的Fe2+，还原产物为Cr3+，滴定时反应的离子方程式为_________。

（4）“浸出液”中c（Ca2+）=1.0×10-3mol·L-1，当除钙率达到99%时，溶液中c（F-）=_______mol·L-1。

[已知Ksp（CaF2）=4.0×10-11]

（5）本工艺中，萃取剂与溶液的体积比（V0/VA）对溶液中Ni2+、Fe2+的萃取率影响如图所示，V0/VA的最佳取值是______。

9．（2020·百校联盟2021届高三高考9月联考）

是硫酸生产中的催化剂，某种含钒工业下脚料主要成分是

，其中含铝、硅、铜、锰等氧化物及油脂等杂质，一种以该下脚料为原料提取

的工艺流程如下：

已知：

ⅰ.

；

。

ⅱ.常温时，有关氢氧化物的溶度积常数如下表：

氢氧化物

回答下列问题：

（1）“焙烧”可以除去油脂，还有一个作用是__________。

（2）将焙烧冷却后的固体残留物进行“粉碎”，其目的是_________。

（3）“滤渣Ⅰ”的主要成分是________（写化学式），“调

”，析出沉淀后，滤液中

________。

（4）“沉锰”操作需微热，微热的目的是________，该反应的离子方程式是________。

（5）“浓缩结晶”时，需要加入过量

，其原因是________。

（6）利用制得的

可通过电解的方法制备金属钒，电解装置如图：

石墨电极Y接直流电池_____（填“正极”或“负极”），阴极反应式是_____。

10．（2020·三门峡市第一高级中学高三开学考试）钒具有广泛用途。

黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。

采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：

金属离子

Fe3+

Fe2+

Al3+

Mn2+

开始沉淀pH

1.9

7.0

3.0

8.1

完全沉淀pH

3.2

9.0

4.7

10.1

回答下列问题：

（1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是___________。

（2）“酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成

，同时还有___________离子被氧化。

写出VO+转化为

反应的离子方程式___________。

（3）“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为

，随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、___________，以及部分的___________。

（4）“沉淀转溶”中，

转化为钒酸盐溶解。

滤渣③的主要成分是___________。

（5）“调pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是___________。

（6）“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是___________。

11．（2020·湖北葛洲坝中学月考）为了充分利用资源，某实验小组设计的利用工业生产中的锌锰废料（主要含ZnO、MnO2，还含少量铁的氧化物和不溶于酸的杂质）制备ZnSO4·7H2O粗品和KMnO4粗品的实验流程如图1所示。

资料①3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3。

②常温下，相关物质的溶解度数据见下表。

物质

K2CO3

KHCO3

K2SO4

KMnO4

CH3COOK

溶解度（g/100g/水）

111

33.7

11.1

6.34

256

（1）往锌锰废料中加入稀硫酸并煮沸的操作的实验装置如图2中右图所示，虚线框中最为合适的仪器是____。

（填编号）

（2）检验步骤②所得滤液中是否含有含铁微粒的方法是____________________

（3）步骤③中，该小组采用不同降温方式进行冷却结晶，测得ZnSO4·7H2O颗粒大小分布如图3所示。

根据该实验结果，为了得到颗粒大小相对均一的较大晶粒，宜选择方式________进行冷却结晶。

A．快速降温B．缓慢降温C．变速降温

（4）步骤④中发生反应的化学方程式为__________________________________________

（5）步骤⑤中通入CO2至溶液pH达10~11时，应停止通CO2，不能继续通入CO2的原因是________________。

（6）结合相关物质的化学性质及溶解度，步骤⑤中可以替代CO2的试剂是____________

A．亚硫酸氢钾B．稀硫酸C．稀盐酸D．稀醋酸

12．（2020·辽宁葫芦岛·高三二模）含钒石煤（含有铁、硅、铝、钙、镁等元素的氧化物）中的钒大部分是以V（Ⅲ）和V（Ⅳ）形式存在，由含矾石煤提钒的一种工艺流程如下所示：

已知：

铜铁试剂能与铜、铁、铝、钛等元素形成不溶于水的配合物。

回答下列问题：

（1）含矾石煤预制时加入复合添加剂对钒浸出率的影响如图所示，其中最佳复合添加剂为__________，最佳添加比例为__________。

（2）上图为“抽滤”实验原理装置图，“抽滤”时抽气泵的作用是_________；“酸浸渣”经“水洗涤”返回“浸出”的目的是______________________________。

（3）已知酸浸液中

被H2O2氧化成

，其离子方程式为________。

“净化除杂”时用铜铁试剂除去所含的Al3＋、Fe3＋等杂质离子而不通过调节酸浸液pH的原因是__________。

（4）“煅烧”纯净的沉钒产物过程中，固体残留率与温度变化如图所示。

已知A点坐标为（260℃，85.47％），则A点对应物质的化学式为____________，B点对应的物质为V2O5，则B点坐标为___________。

13．（2020·广西南宁二中高三模拟）细菌冶金是近年来新兴的绿色冶金工艺，它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，节约矿产资源，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。

其中细菌治铜的生产流程为：

（1）上述生产流程中有三步用到了同一种分离方法，实验室中不能用这种分离方法来分离液态胶体中分散质的原因是___。

（2）绿矾（FeSO4·7H2O）是一种良好的还原剂，也可用来制取治疗缺铁性贫血的药剂和食品调味剂。

在保存绿矾时，必须___。

在溶液B中加入适量（NH4）2（SO4）2固体，加热浓缩时，可以得到（NH4）2Fe（SO4）4·6H2O的原因是___。

（3）溶液B中一定含有的金属阳离子是___。

若在溶液A中加入少量铁屑只发生其中的一个反应，则此反应的平衡常数的表达式为___。

（4）写出黄铜矿中的CuS·FeS在氧化亚铁硫杆菌作用下被空气氧化生成溶液A的离子方程式：

___。

（5）氧化亚铜可用作船底防污漆，以杀死低级海生动物而保护船体，也可用作陶瓷和搪瓷的着色剂和红色玻璃的染色剂，氧化亚铜也是一种重要的半导体材料。

请用浓的强碱溶液，根据反应2Cu+H2O

Cu2O+H2↑，设计出工业生产氧化亚铜的一种方法：

___（只要求画实验装置图，其他必要材料任选）。

14．（2020·江苏泰州中学高三模拟）无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。

工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，含有Fe2O3＞SiO2 等杂质）制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：

已知：

物质

SiCl4

AlCl3

FeCl3

FeCl2

沸点/℃

57.6

180 （升华）

300 （升华）

1023

（1）氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为：

_________________。

（2）步骤I中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是___________________（只要求写 出一种）。

（3）步骤I中焙烧生成三种固体单质，其中生成非金属单质的反应的化学方程式为：

____________________。

（4）步骤II生成的尾气中含有Cl2，一定温度下，Cl2 用足量的NaOH溶液吸收，氧化产物只有NaClO和NaClO3，经测定溶液中ClO-和ClO

物质的量浓度之比为3：

1，则在Cl2被吸收过程中被还原的氯元素和被氧化的氯元素物质的量之比为_________________。

（5）结合流程及相关数据分析，步骤II冷却之后得到的氯化铝（粗品）中含有的主要杂质为_________ （填化学式）。

（6）工业生产过程中需要控制加入铝粉的量，以提高铝粉的利用率，从而降低生产成本，“废渣”的主要成分有NaCl和___________ （填化学式）。

15．（2020·江苏泰州中学高三模拟）酸性蚀刻液的主要成分是H2O2/HCl，腐蚀铜后的废液中主要含有CuCl2，HCl。

一种以废铝屑为主要原料回收酸性蚀刻废液中铜并生产氯化铝的工艺流程如下：

（1）酸性蚀刻液腐蚀铜的离子方程式__________， 生产过程中盐酸浓度一般不超过6 mol/L，其原因可能是①_________；②盐酸浓度过大时，CuCl2在溶液中易析出,

会降低蚀刻速率。

（2）由氧化铝制备氯化铝的化学方程式______________； 生产过程中还会通入适量氧气，其目的是①除去过量的碳粉；②____________________。

（3） AlCl3 的熔点为190℃，沸点为183℃。

1973年研究出一种新的电解氯化铝制铝的方法。

将AlCl3和NaCl、KC1、 LiC1 混熔电解冶炼铝，电解中加入NaCl等氯化物的作用是__________。

实验数据表明电解AlCl3-MCl体系比电解Al2O3-Na3AIF6体系节能电能约30%，但是生产AlCl3使用的Cl2是利用氯碱工业的产品。

所以工业上依然使用后一种方法，原因是______________。

（4）酸性蚀刻废液的铜也可以用水合胼还原法回收。

已知：

2Cu2++N2H4·H2O+4OH-=2Cu+N2↑+5H2O，且pH=6时铜的回收率较高。

利用下列试剂设计酸性蚀刻废液回收铜的实验方案：

_________________。

实验中可供选择的试剂：

2mol/L NaOH 溶液、3%水合胼溶液、2%AgNO3溶液。

16．（2020·江苏淮阴中学高三开学考试）高锰酸钾是中学化学常用的强氧化剂，实验室中可通过以下流程制得：

已知：

①在碱性条件下，二价锰以Mn（OH）2形式稳定存在，三价锰以MnOOH形式稳定存在。

Mn（OH）2和MnOOH均难溶于水和碱性溶液。

②无水MnSO4晶体熔点700℃，在不同温度下它和MnOOH固体受热发生分解：

4MnSO4

2Mn2O3+4SO2↑+O2↑；2MnOOH

Mn2O3+H2O↑。

③步骤1中KOH、KClO3的量可确保MnO2完全氧化转化，K2MnO4溶液显绿色。

相关物质的溶解度数据见下表：

20℃

K2CO3

KHCO3

K2MnO4

KMnO4

S（g/100g水）

111

33.7

11.1

6.34

请回答：

（1）下列说法正确的是___________。

A步骤③中的CO2也可以用稀盐酸、稀醋酸来代替

B步骤③中取上层清液少许于试管中，继续通入CO2，若无沉淀产生，表明K2MnO4歧化反应已完全

C为加快烘干速率，降低能耗，提高效益，烘干时可快速升温烘干

（2）步骤③中，K2MnO4歧化反应