届化工流程题考查导向和pH和金属离子分离答案不全.docx

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届化工流程题考查导向和pH和金属离子分离答案不全

化工流程-考查导向与pH与金属离子分离

1、高考化工流程题能力考查导向

《2019年普通高等学校招生全国统一考试大纲（化学）》明确指出“了解常见金属和非金属元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。

”

2019年高考中，工艺流程题均选择了“硫的重要化合物”作为考查对象（Ⅰ卷-硫酸铁铵、Ⅱ卷-立德粉、Ⅲ卷硫酸锰），考查形式以氧化还原反应、化学反应速率、化学平衡、离子反应、盐类水解等化学基本理论为主线，结合化学实验和定量计算等知识，综合考察学生应用所学知识解决生产实际问题的能力，试题综合性较高。

对待2020年高考，提出以下建议：

①加强对教材知识素材的理解；②重视对符号表征的能力；③提升化学语言能力。

【例1】（2019年·全国卷Ⅰ·27·15分）

硫酸铁铵[NH4Fe（SO4）2•xH2O]是一种重要铁盐。

为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如图：

回答下列问题：

（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是　　。

（2）步骤②需要加热的目的是　　，温度保持80﹣95℃，采用的合适加热方式是　　。

铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为　　（填标号）。

（3）步骤③中选用足量的H2O2，理由是　　。

分批加入H2O2，同时为了　　，溶液要保持pH小于0.5。

（4）步骤⑤的具体实验操作有　　，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

（5）采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%．硫酸铁铵晶体的化学式为　　。

【例2】（2019·全国卷Ⅱ·26·15分）

立德粉ZnS·BaSO4（也称锌钡白），是一种常用白色颜料。

回答下列问题：

（1）利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。

灼烧立德粉样品时，钡的焰色为__________（填标号）。

A．黄色B．红色C．紫色D．绿色

（2）以重晶石（BaSO4）为原料，可按如下工艺生产立德粉：

①在回转窑中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为________________。

回转窑尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为______________________。

②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差。

其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的___________（填化学式）。

③沉淀器中反应的离子方程式为______________________。

（3）成品中S2−的含量可以用“碘量法”测得。

称取mg样品，置于碘量瓶中，移取25.00mL0.1000mol·L−1的I

KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5min，有单质硫析出。

以淀粉溶液为指示剂，过量的I2用0.1000mol·L−1Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2+2S2O

==2I−+S4O

。

测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。

终点颜色变化为_______________，样品中S2−的含量为__________（写出表达式）。

【例3】（2019·全国卷Ⅲ·26·14分）

高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备。

工艺如下图所示。

回答下列问题：

相关金属离子[c0（Mn+）＝0.1mol/L]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

（1）“滤渣

”含有S和__________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：

_________________________________。

（2）“氧化”过程中添加适量的MnO2的作用是__________________________________。

（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为__________~6之间。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣

”的主要成分是____________________。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。

若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是：

___________________________________________________________________。

（6）写出“沉锰”的离子方程式_____________________________________________。

（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4.当x＝y＝1/3时，z＝___________。

二、pH与金属离子分离

【例4】（2017·山东青岛一中月考）

金属氢氧化物在酸中溶解度不同，因此可以利用这一性质，控制溶液的pH，达到分离金属离子的目的。

难溶金属的氢氧化物在不同pH下的溶解度（S/mol·L－1）如图所示。

（1）pH＝3时溶液中铜元素的主要存在形式是________。

（2）若要除去CuCl2溶液中的少量Fe3＋，应该控制溶液的pH________。

A．<1　　B．4左右　　C．>6

（3）在Ni（NO3）2溶液中含有少量的Co2＋杂质，________（填“能”或“不能”）通过调节溶液pH的方法来除去，理由是__________________________。

（4）要使氢氧化铜沉淀溶解，除了加入酸之外，还可以加入氨水生成[Cu（NH3）4]2＋，写出反应的离子方程式：

________________________。

（5）已知一些难溶物的溶度积常数如下表：

为除去某工业废水中含有的Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋杂质，最适宜向此工业废水中加入过量的________。

A．NaOH　　　B．FeS　　　C．Na2S

【例5】（2015·浙江卷·13·6分）

某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质）制取七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O），设计了如下流程：

下列说法不正确的是（）

A．溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉

B．固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al3+转化为Al（OH）3，进入固体2

C．从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解

D．若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O

【练习】

1、（2019·东北三省三校（辽宁实验中学、东北师大附中、哈师大附中）高考联考模拟）黄钾铁矾渣经如下流程可将其转化为锰锌铁氧体：

已知：

①黄钾铁矾渣中铁主要以

形式存在，锌主要以硫酸锌（

）、氧化锌（ZnO）、硅酸锌（

）形式存在，黄钾铁矾渣的某些元素成分如下表所示：

元素

Fe

Zn

Cu

Cd

Ca

Mg

Si

质量分数%

28.9

8.77

0.37

0.18

0.37

0.84

4.63

②

溶液用于沉淀

和

③Fe和Cd的金属活动性相近

（1）“酸浸”后，滤渣1的主要成分为______________________________（写化学式）；为了提高浸出率，可采取的措施有_________________________________________（写出一种即可）。

（2）“还原除杂”工序中，加入铁粉是为了除去溶液中__________、________等金属杂质离子。

（3）加入

沉淀

时应避免过量，原因是___________________________________________；若此过程中溶液搅拌时间过长，则会导致

去除率偏低，原因是_____________________。

（已知：

CdS的溶度积Ksp=8×10-27，FeS的溶度积Ksp=8×10-19，ZnS的溶度积Ksp=8×10-24）

（4）写出“共沉淀"工序中生成

的离子反应方程式为：

_____________________________________。

（5）锰锌铁氧体是种重要的磁性材料。

测定铁氧体中ZnO的实验步骤如下：

①写出除锰（

）步骤中的离子方程式：

_____________________________________。

②准确量取25.00mL溶液A，掩蔽铁后，用二甲酚橙作指示剂，用0.0100

的EDTA（

）标准溶液滴定其中的

（反应原理为Zn2++H2Y2-=ZnY2-+2H+）；至消定终点时消耗EDTA标准溶液20.00mL。

通过计算确定该铁氧体中ZnO的质量分数为____________________。

2、（2019·宁夏银川一中高考模拟）某工厂用软锰矿（主要成分是MnO2，含少量Al2O3和SiO2）和闪锌矿（主要成分是ZnS，含少量FeS、CuS等杂质）为原料制备MnO2和Zn（干电池原料），其简化流程如下：

已知：

反应Ⅰ中所有金属元素均以离子形式存在。

回答下列问题：

（1）滤渣1中除了SiO2以外，还有一种淡黄色物质，该物质是由MnO2、CuS与硫酸共热时产生的，请写出该反应还原产物的化学式____。

（2）反应Ⅱ中加入适量金属锌的目的是为了回收某种金属，请写出该反应的离子方程式______。

（3）反应Ⅲ中X可以是______。

（填字母代号）它的作用是______。

a．MgOb．Zn（OH）2c．Cu2（OH）2CO3d．MnCO3

（4）反应Ⅳ中电极均是惰性电极，写出阴极电极反应式_______________。

（5）已知：

H2S的电离常数K1=1.0×10−7，K2=7.0×10−15。

0.1mol/LNaHS的pH__7（填“＞”“＝”或“＜”），理由是____。

（6）在废水处理领域中常用H2S将Mn2+转化为MnS除去，向含有0.020mol·L−1Mn2+废水中通入一定量的H2S气体，调节溶液的pH=a，当HS−浓度为1.0×10−4mol·L−1时，Mn2+开始沉淀，则a=_____。

[已知：

Ksp（MnS）=1.4×10−15]

答案：

【例4】

（1）Cu2＋　

（2）B　（3）不能　Co2＋和Ni2＋沉淀的pH范围相差太小　（4）Cu（OH）2＋4NH3·H2O=[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－＋4H2O　（5）B

由图可知，在pH＝3时溶液中不会出现Cu（OH）2沉淀。

（2）要除去Fe3＋的同时必须保证Cu2＋不能沉淀，因此pH应保持在4左右。

（3）从图示关系可看出，Co2＋和Ni2＋沉淀的pH范围相差太小，不能通过调控pH而达到分离的目的。

（4）Cu（OH）2（s）

Cu2＋（aq）＋2OH－（aq），加入氨水后生成难电离的[Cu（NH3）4]2＋，促进Cu（OH）2的溶解。

（5）要使三种离子生成沉淀，最好选择难溶于水的FeS，使三种杂质离子转化为更难溶解的金属硫化物沉淀，同时又不会引入其他离子。

【例5】【答案】D

考点：

离子反应，物质分离、元素及化合物

【练习】1、【答案】

（1）

适当提高硫酸浓度、提高温度、搅拌、粉碎原料（合理即可）

（2）

（3）

过量

、

会转化为FeS、ZnS沉淀，造成

、

损失当搅拌时间过长时，部分Fe2+被氧化变成Fe3+，

会与

发生反应，使

浓度下降，从而导致去除率降低；（也可是

将

氧化，造成

浓度下降）

（4）Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O

（5）①

②16.20%

【解析】

（1）黄钾铁矾渣加入硫酸酸浸，硅酸锌与硫酸反应生成硅酸，则滤渣1为H2SiO3，为了提高浸出率，可采取的措施有适当提高硫酸浓度、提高温度、搅拌、粉碎原料；

（2）根据金属活动顺序及离子氧化性强弱，离子氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+；“还原除杂”工序中，加入铁粉是为了除去溶液中Fe3+、Cu2+等金属杂质离子，反应的离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+Cu2+=Fe2++Cu；

（3）加入

沉淀

时应避免过量，原因是

过量

、

会转化为FeS、ZnS沉淀，造成

、

损失；若此过程中溶液搅拌时间过长，则会导致

去除率偏低，原因是当搅拌时间过长时，部分Fe2+被氧化变成Fe3+，

会与

发生反应，使

浓度下降，从而导致去除率降低；（也可是

将

氧化，造成

浓度下降）；

（4）“共沉淀"工序中硫酸亚铁与碳酸氢铵反应生成

、硫酸铵、二氧化碳和水，反应的离子反应方程式为：

Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O；

（5）①除锰（

）步骤中（NH4）2S2O8将锰离子氧化生成二氧化锰而除去，反应的离子方程式：

；

②根据反应Zn2++H2Y2-=ZnY2-+2H+可知，n（ZnO）=n（Zn2+）=n（EDTA）=0.0100

×20.00mL×

L/mL=2.0×

mol；该铁氧体中ZnO的质量分数为

。

2、【答案】

（1）MnSO4

（2）Cu2＋＋Zn＝Cu+Zn2＋

（3）bd增大溶液的pH，使Fe3+和Al3+生成沉淀

（4）Zn2++2e−＝Zn

（5）＞HS-的水解常数=10－14/10－7=10-7，10-7＞7.0×10−15，水解程度大于电离程度，溶液显碱性，pH＞7

（6）5

【解析】

（1）MnO2、CuS与硫酸共热发生氧化还原反应生成MnSO4、CuSO4、S、H2O，CuS中硫元素化合价升高，氧化产物是S单质，锰元素由+4价降低为+2，所以还原产物是MnSO4；

（2）根据流程图，反应Ⅱ中加入适量金属锌置换出了金属铜，反应的离子方程式是Cu2＋＋Zn＝Cu+Zn2＋；

（3）根据流程图，反应Ⅲ中加入X的目的是增大溶液的pH使Fe3+和Al3+生成沉淀；a．若加入MgO，引入杂质Mg2+，故不选A；b．若加入Zn（OH）2，能调节pH且不引入杂质，故选b；c．若加入Cu2（OH）2CO3，引入杂质Cu2+，故不选c；d．若加入MnCO3，能调节pH且不引入杂质，故选d。

（4）反应Ⅳ中，阴极发生还原反应生成金属锌，阴极电极反应式是Zn2++2e−＝Zn；

（5）NaHS溶液中HS-既能水解又能电离，HS-的电离常数是7.0×10−15，HS-的水解常数是

，水解大于电离，溶液呈碱性pH＞7；

（6）含有0.020mol·L−1Mn2+废水，Mn2+开始沉淀时S2-的浓度是

7×10−14，此时HS−浓度为1.0×10−4mol·L−1，根据

，

，所以a=5。