专题12 最佳条件选择专练教师版备战高考化学二轮主观题必刷题集.docx

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专题12最佳条件选择专练教师版备战高考化学二轮主观题必刷题集

专题12最佳条件选择专练

1．CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。

回答下列问题：

（1）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：

CH4（g）+CO2（g）

2CO（g）+2H2（g）

①按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图3所示。

此反应优选温度为900℃的原因是________。

【答案】900℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低

【解析】

①根据图3得到，900℃时反应产率已经比较高，温度再升高，反应产率的增大并不明显，而生产中的能耗和成本明显增大，经济效益会下降，所以选择900℃为反应最佳温度。

2．一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co（OH）3，还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下：

已知：

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

②部分阳离子开始沉淀和完全沉淀的pH见下表

③CoCl2·6H2O熔点86℃，易溶于水、乙醚等；常温下稳定，加热至110~120℃时失去结晶水变成无水氯化钴。

（1）加萃取剂的目的是___________；金属离子在萃取剂中的萃取率与pH的关系如图，据此分析pH的最佳范图为___________（填字母序号）。

A.2.0~2.5B.3.0~3.5C.4.0~4.5D.5.0~5.5

【答案】除去溶液中的Mn2+B

【解析】

（1）根据流程图可知，存在Mn2+、Co2+金属离子的溶液中，加入萃取剂的目的是除去溶液中的Mn2+；由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知，调节溶液PH在3.0～3.5之间，故选B。

3．镍钴锰酸锂电池是一种高功率动力电池。

采用废旧锂离子电池回收工艺制备镍钴锰酸锂三元正极材料（LiNi1－x－y）CoxMnyO2）的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）溶液温度和浸渍时间对钻的浸出率影响如图所示：

则浸出过程的最佳条件是__________。

【答案】75℃、30min

【解析】

（1）由图可知，在75℃、30min条件下钴的浸出率最高。

4．工业上以软锰矿（主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量杂质）为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰（MnCO3）。

其工业流程如下：

（1）“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如右图所示，为减少MnS2O6的生成，“浸锰”的适宜温度是_______。

（2）向过滤Ⅱ所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度控制在30-35℃，温度不宜太高的原因是_______。

【答案】90℃防止NH4HCO3受热分解，提高原料的利用率

【解析】

（1）分析图象可知温度在90℃以后MnS2O6的生成率较低，锰的浸出率较高，且温度较低节约能源，故浸锰的适宜温度为90℃；

（2）铵盐受热分解，向过滤所得的滤液中加入碳酸氢铵溶液，温度控制在30-35℃的原因是防止NH4HCO3受热分解，提高原料的利用率。

5．磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一，作为信息产业和机电工业的重要基础功能材料，磁性材料广泛用于电子信息、军事技术等领域。

碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体，工业上以软锰矿（主要成分为MnO2）和黄铁矿（主要成分为FeS2）为主要原料制备碳酸锰的主要工艺流程如下：

已知：

几种金属离子沉淀的pH如下表。

Fe2＋

Fe3＋

Cu2＋

Mn2＋

开始沉淀的pH

7.5

3.2

5.2

8.8

完全沉淀的pH

9.2

3.7

7.8

10.4

回答下列问题：

（1）下图为黄铁矿的质量分数对锰浸出率的影响，仅据图中信息，黄铁矿的质量分数应保持在________％左右。

【答案】40

【解析】

（1）由图可读出，黄铁矿的质量分数应保持在40％左右.

6．氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下

已知：

①菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

②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：

③常温下，CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10－10、7.42×10－11。

回答下列问题：

（1）分析下列图1、图2、图3，氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：

焙烧温度为_________、氯化铵与锰矿粉的质量之比为_________、焙烧时间为_________。

【答案】500℃1.1060min

【解析】

（1）氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：

焙烧温度为500℃、氯化铵与锰矿粉的质量之比为1.10、焙烧时间为60min。

7．某含锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等。

已知FeCO3、MnCO3难溶于水。

一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，主要流程如下：

（1）保持其他条件不变，在不同温度下对含锰矿物进行酸浸，锰浸出率随时间变化如图。

酸浸的最佳温度与时间分别为________℃、______min。

【答案】70℃120min

【解析】

（1）根据锰浸出率随时间变化图表信息可知，温度低，锰浸出率低，温度为90℃时，锰浸出率与70℃相差无几，锰浸出率最佳条件：

时间在120min，温度为70℃，锰浸出率最好；综上所述，本题答案是：

70℃，120min。

8．粉煤灰（主要含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等）是燃煤发电过程中产生的废渣，粉煤灰的综合利用具有很大的价值。

Ⅰ．研究人员通过实验对粉煤灰中铝和铁元素的分离工艺进行了研究。

（1）使用碱性较弱的氨水为pH调节剂，进行分离实验。

①氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为_____。

②反应终点的pH对铝和铁分离效果的影响如下图。

根据实验结果，为达到好的分离效果，反应过程中控制pH的范围是______________，选择该范围的理由是___________________。

【答案】3NH3·H2O＋Al3+

Al（OH）3↓＋3NH4+略小于5铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀

【解析】

（1）①一水合氨是弱碱，与铝离子反应生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为：

3NH3·H2O＋Al3+

Al（OH）3↓＋3NH4+；综上所述，本题答案是：

3NH3·H2O＋Al3+

Al（OH）3↓＋3NH4+。

②由图可知：

pH略小于5时，Al的沉淀率较高（接近90%），而Fe的沉淀率较低（小于10%），当pH大于5时，Fe的沉淀率突然增大，且Al的沉淀率无明显变化，所以反应过程中控制pH略小于5；综上所述，本题答案是：

略小于5，铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀。

9．钛（22Ti）由于其特殊的性能被誉为“未来世纪的金属”。

钛铁矿主要成分为FeTiO3（含有少量MgO、SiO2等杂质），Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿来制备，工艺流程如下：

（1）过程①中，铁的浸出率结果如图所示。

由图可知，当铁的浸出率为80%时，所采用的实验条件是_________。

（2）过程②中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成（NH4）2Ti5O15溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示，反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是___________。

【答案】100℃3小时温度过高，双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降

【解析】

（1）由图中三条曲线可得，当铁的浸出率为80%时，应为100℃、约浸取3小时。

（2）由于二氧化钛与氨水、双氧水反应生成（NH4）2Ti5O15时，温度过高，双氧水和氨水都容易分解（双氧水分解与氨气逸出），所以反应温度过高时，Ti元素浸出率下降。

10．钴被誉为战略物资，有出色的性能和广泛的应用。

以水钴矿（主要成分为Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等）为原料制备CoCl2·6H2O的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

Ⅰ．“酸浸”

（1）钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如下图所示。

综合考虑成本，应选择的最佳工艺条件为_________、_________；滤渣①的主要成分为__________。

【答案】12h90℃SiO2（二氧化硅）

【解析】

（1）根据钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系，推出在12h、90℃时钴的浸出率最高；根据水钴矿的成分，SiO2是酸性氧化物，不与酸反应，即滤渣①的主要成分是SiO2。

11．一种以含镍废料（含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2）为原料制取醋酸镍的工艺流程图如下：

（1）保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。

酸浸的最佳温度与时间为_______________。

【答案】70 ℃和120 min

【解析】

根据以上分析，

（1）由图象可知，为70℃、120min时，酸浸出率最高，

故答案为：

70℃和120min。

12．以黄铁矿为原料制备硫酸会产生大量的废渣，合理利用废渣可以减少环境污染，变废为宝。

工业上，可利用废渣（含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量CaO和MgO）制备高档颜料铁红（Fe2O3）和回收（NH4）2SO4，具体生产流程如下。

已知:

铵黄铁矾的化学式为（NH4）2Fe6（SO4）4（OH）12。

（1）根据下图有关数据，你认为工业上氧化操作时应控制的最佳温度和pH是：

______。

【答案】80℃，pH=1.5

【解析】

（4）分析图象可知在80℃时溶液PH=1.5，此时亚铁离子的氧化率在90%以上，时间在4h左右。

13．铜的电解实现了铜与杂质的分离，也造成了一部分资重金属进入阳极泥中，通过对阳极泥的综合处理可以回收可观的宝贵金属。

稀散元素硒和碲广泛用于治金工业、电子工业、国防工业、医学和农业等领域，需求量越来越大。

电解精炼铜的阳极泥主要成分为Cu2Se、Cu2Te和少量金属单质Au等，工业上从其中同收碲、硒的一种工艺流程如图:

已知:

TeO2是两性氧化物，Se和TeO2的物理性质如下表:

物理性质

熔点

沸点

水溶性

Se

221℃

685℃

难溶于水

TeO2

733℃

1260℃

微溶于水

（1）“沉碲”时控制溶液的pH为4.5-5.0，生成TeO2沉淀。

如果H2SO4过量，溶液酸度过大，将导致“沉碲”不完全，原因是______________。

（2）过滤所得粗硒中含有Ni、Fe、Cu等杂质，可采用真空蒸馏的方法进行提纯，获得纯硒。

真空蒸馏的挥发物中硒含量与温度的关系如图所示。

蒸馏操作中控制的最佳温度是_____（填序号）

a.455℃b.462℃c.475℃d.515℃

【答案】TeO2是两性氧化物，H2SO4过量会导致TeO2继续与H2SO4反应导致损失c

【解析】

（4）TeO2与盐酸反应生成TeCl4，之后被SO2还原成Te，SO2的氧化产物为H2SO4，反应方程式为：

TeCl4+2SO2+4H2O=Te+4HCl+2H2SO4。

（1）TeO2是两性氧化物，因此H2SO4过量会导致TeO2继续与H2SO4反应导致损失。

（2）从硒含量与温度的关系图知，蒸馏操作中控制的最佳温度是475℃，故选c。

14．工业上用含三价钒（V2O3）为主的某石煤为原料（含有Al2O3、CaO等杂质），钙化法焙烧制备V2O5，其流程如下：

（资料）：

+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系：

pH

4~6

6~8

8~10

10~12

主要离子

VO2+

VO3−

V2O74−

VO43−

（1）酸浸：

①酸度对钒和铝的溶解量的影响如下图所示：

酸浸时溶液的酸度控制在大约3.2%，根据下图推测，酸浸时不选择更高酸度的原因是________________________________________。

（2）转沉：

将浸出液中的钒转化为NH4VO3固体，其流程如下：

①向（NH4）3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH＝7.5。

当pH＞8时，NH4VO3的产量明显降低，原因是_________________________________________。

【答案】酸度大于3.2％时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大pH＞8时，钒的主要存在形式不是VO3−

【解析】

（1）①根据图像变化可知：

酸度大于3.2％时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大，因此酸浸时不选择更高酸度；正确答案：

酸度大于3.2％时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大。

（2）①根据信息可知：

pH＞8时，钒的主要存在形式为V2O74−或VO43—等，不是VO3−，NH4VO3的产量明显降低；正确答案：

pH＞8时，钒的主要存在形式不是VO3−。

15．高氯酸铜易溶于水,在130℃时会发生分解反应是一种燃烧催化剂，以食盐等为原料制备高氯酸铜[Cu（ClC4）2·6H2O）]的一种工艺凯程如下:

回答下列问题:

（1）改化反应是同一种物质中同种元素自身的氧化还原反应，已知上述工艺流程中“歧化反应”的产物之一为NaClO3。

①“歧化反应”阶段所采用的不同温度对产率影响的结果如图所示。

则该反应最适宜的温度是________。

【答案】60℃

【解析】

（2）①根据图中信息可知，“歧化反应”阶段在60℃时，产率达最高80%。

16．一种由富锰渣（含2MnO·SiO2、3MnO·Al2O3·3SiO2、FeO及重金属盐等）制备高纯MnCl2的工艺流程如下:

回答下列问题:

（1）“浸取”时的温度与四种元素的浸取率如图所示。

①工艺上控制75℃的主要原因是____________________________________________。

②铁和铝的浸出率从72℃明显下降的可能原因是___________________________________。

【答案】使滤液中几乎不含硅的化合物部分Fe2+ 及Al3+水解形成沉淀

【解析】

（1）①75℃时Si的浸取率接近于零，而其它元素的浸取率很高，可以使滤液中几乎不含硅的化合物。

②Fe2+ 和Al3+都能水解，且水解是吸热的，温度高于72℃时有利于Fe2+ 和Al3+水解生成沉淀，导致铁和铝的浸出率明显下降。

答案为：

使滤液中几乎不含硅的化合物、部分Fe2+ 及Al3+水解形成沉淀。

17．电解法生产锰时会产生大量的阳极泥，其主要成分为MnO2和Pb，还含有少量其他金属化合物。

下图是回收电解锰阳极泥生产MnCO3的工艺流程。

已知：

Al（OH）3、Mn（OH）2、MnCO3的Ksp分别为1.0×10-33、1.9×10-13、2.2×10-11。

（1）“还原酸浸”实验中，锰的浸出率结果如图所示。

由图可知，所采用的最佳实验条件为____。

【答案】90min，80℃

【解析】

（1）“还原酸浸”实验中，用的时间越短，温度越高，锰的浸出率越高，效果越好；根据图示可知，所采用的最佳实验条件为90min，80℃；正确答案：

90min，80℃。

18．用钒钛磁铁矿为原料冶炼铁，产生一种固体废料，主要成分如下表。

通过下列工艺流程可以实现元素Ti、Al、Si的回收利用，并得到纳米二氧化钛和分子筛。

请回答下列问题：

（1）熔融温度和钛的提取率关系如下图，适宜温度为________。

【答案】500℃

【解析】

（1）从图像可以看出400℃钛的提取率太低，600℃钛的提取率提高不多，从节约能源，降低生产成本角度考虑，500℃最适宜。

19．硒（34Se）与氧同主族，硒元素及其化合物与人体健康、工业生产密切相关。

某科研小组以阳极泥（主要成分是Se，含有CuSe、Ag2Se等杂质）为原料，提炼硒的流程如下：

请回答下列问题：

（7）粗硒可采用真空蒸馏的方法进行提纯,获得纯硒。

真空蒸馏的挥发物中硒含量与温度的关系如图所示：

蒸馏操作中控制的最佳温度是________（填标号）。

A.455℃B.462℃C.475℃D.515℃

【答案】C

【解析】

（1）.据图可知，在475℃时真空蒸馏的挥发物中硒含量最大，所以最好选择475℃，故答案为：

C。

点睛：

本题通过提炼硒的工艺流程，考查有关元素化合物的性质、氧化还原反应方程式的书写、物质的分离提纯等知识，试题难度中等。

本题的易错点是第（6）小题，根据题目中提供的H2SeO3和CH3COOH的电离常数，可以判断酸性：

H2SeO3＞CH3COOH＞HSeO3－，向Na2SeO3溶液中滴加稍过量的乙酸，因酸性H2SeO3＞CH3COOH，所以虽然乙酸过量，产物只能生成HSeO3－ 而不能生成H2SeO3。

20．钛铁矿主要成分为FeTiO3（含有少量MgO、SiO2等杂质），Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿来制备，工艺流程如下：

（1）过程①中，铁的浸出率结果如图1所示。

由图可知，当铁的浸出率为80%时，所采用的实验条件是___________________。

（2）过程②中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成（NH4）2Ti5O15溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图2所示，反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是___________。

【答案】100℃3小时温度过高，双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降

【解析】

（1）过程①中，铁的浸出率结果如图1所示。

由图可知，当铁的浸出率为80%时，所采用的实验条件是100℃3小时；

（2）反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是温度过高，双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降。

21．醋酸镍[（CH3COO）2Ni]是一种重要的化工原料。

一种以含镍废料（含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2）为原料，制取醋酸镍的工艺流程图如下：

相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表：

金属离子

开始沉淀时的pH

沉淀完全时的pH

物质

20℃时溶解性（H2O）

Fe3+

1.1

3.2

CaSO4

微溶

Fe2+

5.8

8.8

NiF

可溶

Al3+

3.0

5.0

CaF2

难溶

Ni2+

6.7

9.5

NiCO3

Ksp=1.0×10-5

（1）将含镍废料粉碎的目的是_______________________________________________。

（2）“酸浸”实验中，镍的浸出率结果如图所示，从能量损耗和成本角度考虑，若要使镍的浸出效果最佳，选择的最好温度和时间分别为______℃、______min。

【答案】增大固液接触面积，提高镍的浸出率70

120

【解析】

（1）将含镍废料粉碎的目的是增大固液接触面积，提高镍的浸出率；

（2）由图象可知，为70℃、120min时，酸浸出率最高。

22．在我国的资源储备中，铬是重要的战略金属资源。

以下是以某铬渣（主要成分为Cr2O3，杂质主要是FeO、SiO2等）为原料生产Cr2O3的工艺流程：

已知：

Ksp[Mg（OH）2]＝1.2×10－11，Ksp[Cr（OH）3]＝6.4×10－31

（1）“除杂”时加入MgSO4-（NH4）2SO4混合物与溶液中少量的PO43－、AsO43－、SiO32－反应，分别转化为NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去。

①反应过程控制溶液pH为9，若pH＞9除杂率降低的原因是______。

②反应的温度控制在80℃左右，温度不宜太高的主要原因是_______。

【答案】pH过高时，Mg2+、NH4+易转化为Mg（OH）2、NH3，影响沉淀形成。

铵盐受热分解

【解析】

（1）.①.“除杂”时加入MgSO4-（NH4）2SO4混合物的目的是与溶液中少量的PO43－、AsO43－、SiO32－反应，分别转化为NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去，反应过程中需控制溶液pH为9，若pH＞9，则Mg2+、NH4+易转化为Mg（OH）2、NH3，影响沉淀形成，使除杂率降低，故答案为：

Mg2+、NH4+易转化为Mg（OH）2、NH3，影响沉淀形成；

②.反应的温度控制在80℃左右，若温度太高，会使铵盐受热分解，降低除杂率，故答案为：

铵盐受热分解。

23．钒触媒（V2O5）是催化氧化所常用的催化剂，为综合利用，科研人员最新研制了一种离子交换法回收废钒的新工艺，回收率达90%以上。

已知废钒催化剂中含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣。

查阅资料可知：

VOSO4可溶于水，V2O5难溶于水，NH4VO3难溶于水。

该工艺的流程如下图。

（1）水浸时，为了提高废钒的浸出率，除了粉碎，还可以采取的措施：

___________________________________，__________________________________（写出2条）；

（2）该工艺中反应③的沉矾率是回收钒的关键，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比）和温度。

根据下图建议最合适的氯化铵系数和温度：

氯化铵系数为___________，温度为_____________；

【答案】搅拌适当升高温度，延长浸泡时间480℃

【解析】

（1）水浸时，为了提高废钒的浸出率，除了粉碎，还可以采取的措施搅拌、适当升高温度、延长浸泡时间等措施；

（2）根据图象分析可得，要使沉钒率最高，可控制氯化铵系数为4，温度在80℃。

24．磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下：

已知：

磷精矿主要成分为Ca5（PO4）3（OH），还含有Ca5（PO4）3F和有机碳等。

溶解度：

Ca5（PO4）3（OH）

（1）H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除，同时自身也会发生分解。

相同投料比、相同反应时间，不同温度下的有机碳脱除率如图所示。

80℃后脱除率变化的原因：

____________________。

【答案】80℃后，H2O2分解速率大，浓度显著降低

【解析】

（1）图示是相同投料比、相同反应时间，不同温度下的有机碳脱除率，80℃前温度升高反应速率加快，相同时间内有机碳脱除率增大；80℃后温度升高，H2O2分解速率大，H2O2浓度显著降低，反应速率减慢，相同条件下有机碳脱除率减小。

详解：

（1）图示是相同投料比、相同反应时间，不同温度下的有机碳脱除率，80℃前温度升高反应速率加快，相同时间内有机碳脱除率增大；80℃后温度升高，H2O2分解速率大，H2O2浓度显著降低，反应速率减慢，相同条件下有机碳脱除率减小。

25．砷（As）是一些工厂和矿山废水中的污染元素,使用吸附剂是去除水中砷的有效措施之一。

H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数（平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数）与pH的关系分别如图-1和图-2所示。

（1）溶液的pH对吸附