专练02 除杂提纯类新高考化学化工流程押题专练.docx

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专练02除杂提纯类新高考化学化工流程押题专练

（二）除杂、提纯类化工流程题押题专练

一．工艺流程题的解题策略

1.关注箭头的方向，进入了什么物质，出来了什么物质，要看产品元素进入了哪一分支，所加辅助物质发生了什么反应，加它目的是什么。

2.各分支的物质是什么状态，固态、液态、还是气态，以便确立分离方法或者写离子方程式时拆与否。

3.关注题给信息，信息怎么用，信息是题中直接给出或是在问题中提示出来的。

有些答案往往就在信息中。

4.关注物质是否有价态变化，所加物质作了氧化剂还是还原剂，写反应方程时往往要用到。

5.写反应方程时，不要在一个反应中出矛盾的物质，利用好阴、阳结合原理和有升就有降原理（并且升、降必相等），关注离子方程书写时的电子、电荷、元素三大守恒。

6.计算时利用好：

①以物质的量为中心的计算；②得失电子守恒；③元素守恒（计算时首先通过化学反应方程式构建物质间的物质的量关系，再把题目所给数据引入关系式中，通过计算得出结果。

二.解工艺流程题的几点说明：

（1）不要盲目只分析流程图，要根据题目所给问题结合流程图分析，也就是带着问题分析，这样就有了明确思维目的。

（2）当你无法找到答案时，不要忘记题中所给的信息，答案可能就在信息中。

（3）答题时运用好氧化还原、化学平衡、盐类水解、电化学等理论，弄清每步反应利用了教材什么反应原理，如何调pH，如何选择除杂方法和产品分离方法，同时要关注安全（防爆、防中毒）、环保（绿色化学）、经济（原子经济性、循环操作、提高产量与产率、原料廉价易得、降低能耗、设备简单）。

（4）提高浸出效率的方法常有：

将原料粉碎、加热、适当增大浸出液的浓度和搅拌。

（特别关注：

通入热的气体有两层含意①加热②搅拌）

（5）写方程式时在一个反应中不要出现矛盾的物质，写物质化学式时要利用好化合价原则，即正、负化合价代数和等于0的原则。

三.构建“模型思维”

四．规范答题

从化学原理的角度、用化学语言作答；要抓住主要问题，针对具体问题作具体分析。

1.要看清题目要求，按要求答题。

如：

写离子方程式还是化学方程式；写物质的名称还是化学式等；方程式中反应物、产物的分子式书写要正确；尤其是化学方程式要配平，电极反应式和化学方程式一定要书写正确；正确使用等号或可逆符号；沉淀、气体、水溶液等符号要标明

2.回答问题要准确全面，注意语言表达的规范性，例如评价或比较实验方案时要全面考虑：

反应物种类多少、是否易得、是否对环境有污染；反应产物的种类多少，对目标产物的分离和提纯是否有影响；反应条件是否苛刻；仪器、设备是否要求高；工艺流程、实验步骤的多少.

3.注意答题的完整性。

例如：

①除杂：

除去……中的……（只写“除杂”一类是不给分的）

②干燥：

除去……气体中的水蒸气，防止……

【真题演练】

1．[2020新课标Ⅰ]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___________。

2．[2019新课标Ⅱ]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在回转炉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______________________。

回转炉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I2−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。

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

2I−+

。

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）。

3．[2019新课标Ⅲ]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−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子

Mn2+

Fe2+

Fe3+

Al3+

Mg2+

Zn2+

Ni2+

开始沉淀的pH

8.1

6.3

1.5

3.4

8.9

6.2

6.9

沉淀完全的pH

10.1

8.3

2.8

4.7

10.9

8.2

8.9

（1）“滤渣1”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”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3”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=

时，z=___________。

【押题专练】

1．锰的重要用途是制造锰钢.一种以高铁锰矿（含MnO2、Fe2O3及少量FeO、CaO、K2O、Na2O）为原料生产金属锰的工艺流程如图：

回答下列问题：

（1）“焙烧还原”时，高铁锰矿中MnO2被还原为MnO。

①理论上，还能被还原的成分有__、__（填化学式）。

②根据表中数据，焙烧时应选择的温度为__。

还原温度/℃

焙烧后Mn元素在主要含锰物质中的分布/%

MnO2

高价锰（MnxOy）

低价锰（MnO）

600

800

1000

1100

1200

40.92

10.56

5.77

痕量

痕量

34.76

6.63

2.70

0.46

0.30

24.32

82.81

91.29

98.76

97.94

（2）“浸出”产生“滤渣”的主要成分为___（填化学式）；该步骤中需再加入MnSO4以促进“滤渣”析出，结合化学反应原理解释其原因：

___。

（3）“除杂”时，加入的MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，其离子方程式为___；再将pH逐步调至6，Fe3+水解为Fe（OH）3，同时Fe3+与Na+、K+形成络合物沉淀。

（4）电解“净化”所得溶液（MnSO4的酸性溶液）制备Mn

。

①电解时，溶液中的阳离子在阴极存在两个相互竞争的电极反应，其产物分别为Mn和__（填化学式）。

②研究表明，加入适量的SeO2有利于Mn在电极上析出.机理为：

SeO2与水反应生成的H2SeO3（二元弱酸）在阴极放电生成Se单质，该电极反应为__；电极上的Se对Mn2+有特殊的吸附性能，使Mn2+的电还原沉积成为主要反应。

③电解废液可在上述流程的___步骤中循环使用。

2．环烷酸镍（易溶于汽油）主要用于顺丁橡胶的合成，也可用于其他产品的有机合成。

一种用废镍催化剂（含Ni​、Al​、Cr​、FeS​、C​及难溶物）制备环烷酸镍（常温下为液体）的工艺流程如下：

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

开始沉淀的pH

1.9

7.0

6.4

4.6

完全沉淀的pH

3.2

9.0

8.4

5.6

回答下列问题：

（1）“碱浸”的目的是_______，干燥后“灼烧”的主要目的是_______。

（2）“酸溶”时，先加入一定量的水，然后分次加入浓硫酸，与直接用稀硫酸溶解相比，其优点是_______。

（3）“氧化”时，

被氧化为

的离子方程式为_______。

（4）“调

”时，溶液

的范围为_______，加入的“试剂

”适宜是_______（填标号）。

A．

B．

C．

（5）若环烷酸用

表示，则“合成”反应的化学方程式为_______。

（6）“分离”得到产品包含的操作有_______。

3．重铬酸钠是一种用途极广的强氧化剂，工业上可以用铬铁矿[主要成分为Fe（CrO2）2或FeO·Cr2O3，还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质]制备，其主要工艺流程如图所示。

请回答下列问题：

（1）①煅烧铬铁矿生成Na2CrO4的化学方程式为____。

②煅烧后的浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外，还含有___（写化学式）。

（2）调节溶液的pH所选的试剂为___（填名称），写出生成Al（OH）3的化学方程式____。

（3）Na2CrO4溶液酸化时发生反应2

（黄色）+2H+⇌

（橙红色）+H2O。

①该反应____氧化还原反应（填“是”或“不是”），反应的平衡常数表达式：

K=___。

②若向Na2Cr2O7溶液（橙红色）中加入足量的NaOH固体，溶液____（填标号）

A．变黄色B．颜色不变C．变红色溶液

③已知：

25℃时，Ag2CrO4的Ksp=1.12×10-12，Ag2Cr2O7的Ksp=2×10-7。

25℃时，向Na2Cr2O7溶液中加入AgNO3溶液，生成砖红色沉淀，且溶液酸性增强，该沉淀的化学式是___。

（4）用重铬酸钠（Na2Cr2O7）结晶后的母液生产重铬酸钾的反应为Na2Cr2O7+2KCl=K2Cr2O7+2NaCl，结合溶解度图回答，冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是___。

（5）加入Na2S溶液反应后，溶液b中硫元素全部以

的形式存在，则该反应的离子方程式为_。

4．黄金（Au）的一种化学精炼过程如下图所示，其中王水为浓盐酸和浓HNO3的混合物。

回答下列问题：

（1）步骤①中部分Cu与稀H2SO4、O2反应，该反应的离子方程为____。

（2）步骤②的反应中作氧化剂的物质是___。

（3）滤液A含有的金属离子主要有Zn2+、Cu2+、___。

（4）步骤④中王水与Au反应生成了HAuCl4、NO和H2O，该反应的化学方程式为___。

该步骤产生的尾气中有NO，可向尾气中通入适量的空气后，再通入___溶液（填一种试剂）中的方法将其除去。

（5）步骤⑤中工业上若加入甲醛脱硝，反应生成CO2、NO和H2O，若加入尿素脱硝则生成N2、CO2和H2O。

工业上应选择____脱硝，原因是___。

（6）若步骤⑥制纯金时反应amolH2C2O4，产生bL滤液C。

取25.00ml滤液C，加入NaOH溶液中和，再加入足量的CaCl2饱和溶液，得到沉淀，过滤，将沉淀晾干得到CaC2O4，固体0.128g。

步骤⑥加入的草酸晶体（H2C2O4∙2H2O）的质量至少为____g（写出计算式）。

5．氧化亚铜（Cu2O）是一种用途广泛的光电材料，某工厂以硫化铜矿石（含CuFeS2、Cu2S等）为原料制取Cu2O的工艺流程如图：

已知：

N2H4的熔点为1.4℃，沸点为113.5℃；25℃时相关物质的Ksp见下表。

物质

Fe（OH）2

Fe（OH）3

Cu（OH）2

Ksp

1×10-15.1

1×10-37.4

1×10-19.7

（1）炉气中的有害气体成分是___________，Cu2S与O2反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为___________。

（2）用稀硫酸酸浸时为了提高化学反应速率可以采用的方法有___________（答一种方法即可）。

（3）如果没有加入试剂X进行氧化直接通过调pH是否能达到实验目的？

请说明理由：

___________。

（4）加入试剂Y调pH时，pH的理论最低值是（离子浓度小于等于1×10-5mol/L看作除尽）___________。

（5）写出用N2H4制备Cu2O的化学方程式为___________。

（6）还原步骤中的反应常温下就可发生但工业上常常需要将温度控制在90℃，可能的原因为___________。

6．黄铜矿（CuFeS2）是一种铜铁硫化物矿物，常含微量的金、银等。

黄铜矿是冶炼铜及制备铁氧化物的重要矿藏。

以黄铜矿为主要原料生产铜、铁红（氧化铁）的工艺流程如下所示：

已知：

CuFeS2中Cu为＋2价。

请回答下列问题：

（1）CuFeS2中Fe的化合价为____________。

（2）写出反应Ⅰ的离子方程式：

_______________________________，该反应的氧化剂是________。

（3）CuCl难溶于水，但可与过量的Cl－反应生成可溶于水的[CuCl2]－。

该反应的离子方程式为__________________。

（4）反应Ⅰ～Ⅳ4个反应中属于非氧化还原反应的是反应________（选填“Ⅰ～Ⅳ”）。

（5）反应Ⅴ中Na[CuCl2]既是氧化剂，又是还原剂，由此可推知“溶液A”中的溶质为___（写出化学式）。

7．由含锌废料（主要含ZnO、PbO、CuO及少量FeO、MnO）生产锌及氧化锌的流程如图所示：

回答下列问题：

（1）浸出渣主要成分为_______（填化学式，下同）；沉淀渣2为_______。

（2）“除铁锰"”时，Mn（II）氧化生成MnO2（

转化为

），配平该反应的离子方程式Mn2++

+H2O=MnO2↓+

+H+，_____________。

（3）“沉锌”时，反应的化学方程式为_______；检验Zn（OH）2∙ZnCO3已洗涤干净的方法是_______。

（4）“电解”中产生_______（填化学式）可在_______（填操作单元名称）中循环利用。

（5）将Zn（OH）2∙ZnCO3加热分解可得到具有催化性能的活性氧化锌，若加热过程中固体质量减少了6.2kg，则理论上生成_______kg氧化锌。

参考答案

真题演练

1.【答案】

（1）加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全）

（2）Fe2+VO++MnO2+2H+=

+Mn2++H2O

（3）Mn2+Al3+和Fe3+

（4）Fe（OH）3

（5）NaAl（OH）4+HCl=Al（OH）3↓+NaCl+H2O

（6）利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全

【解析】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，用30%H2SO4和MnO2“酸浸氧化”时VO+和VO2+被氧化成

，Fe3O4与硫酸反应生成的Fe2+被氧化成Fe3+，SiO2此过程中不反应，滤液①中含有

、K+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、

；滤液①中加入NaOH调节pH=3.0~3.1，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，根据表中提供的溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH，此过程中Fe3+部分转化为Fe（OH）3沉淀，部分Al3+转化为Al（OH）3沉淀，滤液②中含有K+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、

，滤饼②中含V2O5·xH2O、Fe（OH）3、Al（OH）3，滤饼②中加入NaOH使pH>13，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解，Al（OH）3转化为NaAlO2，则滤渣③的主要成分为Fe（OH）3；滤液③中含钒酸盐、偏铝酸钠，加入HCl调pH=8.5，NaAlO2转化为Al（OH）3沉淀而除去；最后向滤液④中加入NH4Cl“沉钒”得到NH4VO3。

（1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是：

升高温度，加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全），故答案为：

加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全）；

（2）“酸浸氧化”中，钒矿粉中的Fe3O4与硫酸反应生成FeSO4、Fe2（SO4）3和水，MnO2具有氧化性，Fe2+具有还原性，则VO+和VO2+被氧化成

的同时还有Fe2+被氧化，反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；VO+转化为

时，钒元素的化合价由+3价升至+5价，1molVO+失去2mol电子，MnO2被还原为Mn2+，Mn元素的化合价由+4价降至+2价，1molMnO2得到2mol电子，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，VO+转化为

反应的离子方程式为VO++MnO2+2H+=

+Mn2++H2O，故答案为：

Fe2+，VO++MnO2+2H+=

+Mn2++H2O；

（3）根据分析，“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、Mn2+，以及部分的Fe3+、Al3+，故答案为：

Mn2+，Fe3+、Al3+；

（4）根据分析，滤渣③的主要成分是Fe（OH）3，故答案为：

Fe（OH）3；

（5）“调pH”中有沉淀生成，是NaAlO2与HCl反应生成Al（OH）3沉淀，生成沉淀反应的化学方程式是NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al（OH）3↓或Na[Al（OH）4]+HCl=NaCl+Al（OH）3↓+H2O，故答案为：

NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al（OH）3↓或Na[Al（OH）4]+HCl=NaCl+Al（OH）3↓+H2O。

（6）“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是：

增大NH4+离子浓度，利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全，故答案为：

利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全。

【点睛】

本题以黏土钒矿制备NH4VO3的工艺流程为载体，考查流程的分析、物质的分离和提纯、反应方程式的书写等，解题的关键是根据物质的流向分析每一步骤的作用和目的。

2.【答案】

（1）D

（2）①BaSO4+4C

BaS+4CO↑CO+H2O

CO2+H2

②BaCO3

③S2−+Ba2++Zn2++

BaSO4·ZnS↓

（3）浅蓝色至无色

【解析】

（1）焰色反应不属于化学变化，常用来检验金属元素存在，常见金属元素焰色：

钠Na（黄色）、锂Li（紫红）、钾K（浅紫）、铷Rb（紫色）、钙Ca（砖红色）、锶Sr（洋红）、铜Cu（绿色）、钡Ba（黄绿）、铯Cs（紫红）；

（2）流程分析：

重晶石与焦炭在回转炉中反应BaSO4+4C

BaS+4CO↑，生成还原料BaS，硫化钡溶液与硫酸锌发生复分解反应S2−+Ba2++Zn2++

BaSO4·ZnS↓，得到立德粉。

①注意焦炭过量生成CO，反应物为硫酸钡与焦炭，产物为BaS与CO，写出方程式；CO与水蒸气反应生成CO2与H2，写出方程式CO+H2O

CO2+H2。

②根据信息臭鸡蛋气味气体为硫化氢气体，由强酸制弱酸原理，还原料硫化钡与空气中水、二氧化碳反应生成了碳酸钡与硫化氢气体。

③硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质，写成离子形式，产物硫酸钡与硫化锌为沉淀，不可电离，写出离子方程式。

（3）碘单质与淀粉混合为蓝色，用硫代硫酸钠滴定过量的I2，故终点颜色变化为浅蓝色至无色；根据氧化还原反应得失电子数相等，利用关系式法解题。

【详解】

（1）焰色反应不是化学变化，常用来检验金属元素存在，常见金属元素焰色：

A．钠的焰色为黄色，故A错误；B．钙的焰色为红色，故B错误；C．钾的焰色为紫色，故C错误；D．钡的焰色为绿色，故D正确；故选D。

（2）①注意焦炭过量生成CO，反应物为硫酸钡与焦炭，产物为BaS与CO，写出方程式BaSO4+4C

BaS+4CO↑；CO与水蒸气反应生成CO2与H2，写出方程式：

CO+H2O

CO2+H2。

②根据信息臭鸡蛋气味气体为硫化氢气体，由强酸制弱酸原理，还原料硫化钡与空气中水，二氧化碳反应生成了碳酸钡与硫化氢气体。

③硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质，写成离子形式，产物硫酸钡与硫化锌为沉淀，不可电离，写出离子方程式：

S2−+Ba2++Zn2++

BaSO4·ZnS↓。

（3）碘单质与硫离子的反应：

S2-+I2

S+2I-；碘单质与淀粉混合为蓝色，用硫代硫酸钠滴定过量的I2，故终点颜色变化为浅蓝色至无色；根据氧化还原反应得失电子数相等，利用关系式法解题；根据化合价升降相等列关系式，设硫离子物质的量为nmol：

S2-～I22S2O32-～I2

1mol1mol2mol1mol

nmolnmol0.1V×10-3mol

0.1V×10-3mol

n+

0.1V×10-3mol=25

0.1V×10-3mol，得n=（25-

V）0.1×10-3mol

则样品中硫离子含量为：

×100%=

×100%。

3.【答案】

（1）SiO2（不溶性硅酸盐）MnO2+MnS+2H2SO4

2MnSO4+S+2H2O

（2）将Fe2+氧化为Fe3+

（3）4.7

（4）NiS和ZnS

（5）F−与H+结合形成弱电解质HF，MgF2

Mg2++2F−平衡向右移动

（6）Mn2++2

MnCO3↓+CO2↑+H2O

（7）

【解析】

（1）Si元素以SiO2或不溶性硅盐存在，SiO2与硫酸不反应，所以滤渣I中除了S还有SiO2；在硫酸的溶浸过程中，二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应，二氧化锰作氧化剂，硫化锰作还原剂，方程式为：

MnO2+MnS+2H2SO4

2MnSO4+S+2H2O。

（2）二氧化锰