届高考一轮人教化学无机化工工艺流程提升题附答案.docx

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届高考一轮人教化学无机化工工艺流程提升题附答案

2021届高考一轮（人教）化学：

无机化工工艺流程（提升题）附答案

专题：

无机（化工）工艺流程

1、三氧化二钴主要用作颜料、釉料及磁性材料，利用铜钴矿石制备Co2O3的工艺流程如图1。

已知：

铜钴矿石主要含有CoO（OH）、CoCO3、Cu2（OH）2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等。

请回答下列问题：

（1）“浸泡”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是___________（写出2种即可）。

（2）“浸泡”过程中，加入Na2SO3溶液的主要作用是______________________________________________________________。

（3）向“沉铜”后的滤液中加入NaClO3溶液，写出滤液中的金属离子与NaClO3反应的离子方程式_________________________________________________。

（4）温度、pH对铜、钴浸出率的影响如图2、图3所示：

①“浸泡”铜钴矿石的适宜条件为______________。

②图3中pH增大时铜、钴浸出率下降的原因可能是_____________________。

（5）CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3的化学方程式是___________。

（6）一定温度下，向滤液A中加入足量的NaF溶液可将Ca2＋、Mg2＋沉淀而除去，若所得滤液B中c（Mg2＋）＝1.0×10－5mol·L－1，则滤液B中c（Ca2＋）为__________。

[已知该温度下Ksp（CaF2）＝3.4×10－11，Ksp（MgF2）＝7.1×10－11]

解析：

往铜钴矿石中加入过量稀硫酸和Na2SO3溶液，“浸泡”后溶液中含有Co2＋、Cu2＋、Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋，加入Na2SO3溶液主要是将Co3＋、Fe3＋还原为Co2＋、Fe2＋，“沉铜”后先加入NaClO3溶液将Fe2＋氧化为Fe3＋，再加入Na2CO3溶液调节pH使Fe3＋沉淀，过滤后所得滤液A主要含有Co2＋、Mg2＋、Ca2＋，再用NaF溶液除去钙离子、镁离子，过滤后，向滤液B中加入浓Na2CO3溶液使Co2＋转化为CoCO3固体，向CoCO3固体中先加盐酸，再加草酸铵溶液得到二水合草酸钴，煅烧后制得Co2O3。

（1）“浸泡”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法有升温、粉碎矿石、适当增加稀硫酸的浓度等。

（2）Na2SO3具有较强的还原性，加过量的Na2SO3溶液可将Co3＋和Fe3＋还原为Co2＋及Fe2＋。

（3）由图1可知，“沉铜”后加入NaClO3溶液时，Co2＋并未被氧化，被氧化的是Fe2＋，反应的离子方程式为ClO

＋6Fe2＋＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O。

（4）①根据图2、图3可知，“浸泡”铜钴矿石的适宜条件是温度为65℃～75℃及pH为0.5～1.5。

②图3反映的是pH变化对铜、钴浸出率的影响，“浸泡”过程是利用H＋和CoO（OH）、CoCO3、Cu2（OH）2CO3发生反应以浸出金属离子，当pH逐渐增大时，H＋的浓度减小，铜、钴浸出率降低。

（5）CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3的化学方程式为4CoC2O4·2H2O＋3O2

2Co2O3＋8CO2＋8H2O。

（6）c（Ca2＋）＝

×c（Mg2＋）＝

×1.0×10－5mol·L－1≈4.8×10－6mol·L－1。

答案：

（1）升温、粉碎矿石、适当增加稀硫酸的浓度（写出2种即可）

（2）将Co3＋、Fe3＋还原为Co2＋、Fe2＋

（3）ClO

＋6Fe2＋＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O

（4）①温度为65℃～75℃、pH为0.5～1.5　②pH升高后溶液中c（H＋）下降，溶解CoO（OH）、CoCO3、Cu2（OH）2CO3的能力降低

（5）4CoC2O4·2H2O＋3O2

2Co2O3＋8CO2＋8H2O　（6）4.8×10－6mol·L－1

2、工业上用某种氧化铝矿石（含Fe2O3杂质）为原料冶炼铝的工艺流程如下：

对上述流程中的判断正确的是（　　）

A．试剂X可以为氨水，沉淀中含有铁的化合物

B．CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替

C．反应Ⅱ中的反应为CO2＋AlO

＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO

D．工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，成本更低

【答案】　C

【解析】　A项试剂X应为强碱溶液，使Al2O3溶解；B项若用强酸代替CO2，强酸过量时，Al（OH）3会溶解，不能保证生成Al（OH）3沉淀；D项因Al比Fe活泼，不能用Fe置换Al。

3、无色透明的锆石（主要成分为ZrSiO4）酷似钻石，是很好的钻石代用品。

锆石又称锆英石，常含有铁、铝、铜的氧化物杂质。

工业上一种以锆英石为原料制备ZrO2的工艺流程如下：

已知：

ⅰ.Zr在化合物中通常显＋4价，“氯化”过程中除C、O元素外，其他元素均转化为高价氯化物；

ⅱ.SiCl4极易水解生成硅酸；ZrCl4易溶于水，390℃升华；

ⅲ.Fe（SCN）3难溶于有机溶剂MIBK，Zr（SCN）4在水中的溶解度小于在有机溶剂MIBK中的溶解度。

请回答下列问题：

（1）“粉碎”锆英石的目的为_______________________________________

________________________________________________________________。

（2）①“氯化”过程中，锆英石发生的主要反应的化学方程式为____________________________________________________

____________________________________________________。

②“氯化”过程中ZrCl4的产率与温度、压强的关系如图所示：

由图可知，“氯化”过程选择的最佳条件为_______________________________________

________________________________________________________________；

“氯化”温度超过390℃时，ZrCl4产率降低的原因为________________________________________________________________________________________________________。

（3）“滤液1”中含有的阴离子除OH－、Cl－外，还有________。

（4）①常用的铜抑制剂有NaCN（氰化钠），NaCN可与铜离子反应生成Cu（CN）2{Ksp[Cu（CN）2]＝4×10－10mol3·L－3}沉淀。

已知盐酸溶解后的溶液中Cu2＋的浓度为1mol·L－1，当溶液中Cu2＋浓度不大于1×10－6mol·L－1时即达到后续生产的要求，则欲处理1L该溶液至少需要2mol·L－1的NaCN溶液的体积为________L（溶液混合时的体积变化忽略不计，计算结果保留两位小数）。

②由于氰化钠有剧毒，所以需要对“废液”中的氰化钠进行处理，通常选用漂白粉或漂白液在碱性条件下将氰化钠氧化，其中一种产物为空气的主要成分。

请写出在碱性条件下漂白液与氰化钠反应的离子方程式____________________________________________________

____________________________________________________。

（5）通过“萃取”“反萃取”可以分离铁，富集锆，原理为____________________________________________________

____________________________________________________

____________________________________________________

____________________________________________________

____________________________________________________。

[解析]　

（2）①根据已知条件ⅰ可知，“氯化”过程中除C、O元素外，其他元素均转化为高价氯化物，Zr在化合物中通常显＋4价，因此“氯化”过程中，锆英石发生的主要化学反应为ZrSiO4＋4Cl2＋4CO===ZrCl4＋SiCl4＋4CO2，此反应体系为无水体系，SiCl4不水解。

②由图可知，压强和温度都会影响ZrCl4的产率，图中“氯化”过程中ZrCl4的产率最高时的条件为1MPa、390℃。

由已知条件ⅱ可知ZrCl4易溶于水，390℃升华，因此“氯化”温度超过390℃，ZrCl4因升华而逸出，导致其产率降低。

（3）“氯化”后“碱浸”，“氯化”产物ZrCl4与NaOH反应生成难溶于水的Zr（OH）4，SiCl4水解生成的H2SiO3与NaOH反应生成Na2SiO3，Fe3＋、Cu2＋转化为沉淀，Al3＋与过量NaOH溶液反应生成AlO

，因此，“滤液1”中含有的阴离子除OH－、Cl－外，还有AlO

、SiO

。

（4）①1LCu2＋浓度为1mol·L－1的溶液中n（Cu2＋）＝1mol，消耗2molNaCN。

c（Cu2＋）＝1×10－6mol·L－1时，c（CN－）＝

＝2×10－2mol·L－1，设至少需要NaCN溶液的体积为VL，则2V－2＝2×10－2×（V＋1），解得V≈1.02。

②选用漂白粉或漂白液在碱性条件下将氰化钠氧化，其中一种产物为空气的主要成分，即为N2，因此漂白液与氰化钠反应的离子方程式为2CN－＋5ClO－＋2OH－===2CO

＋5Cl－＋N2↑＋H2O。

（5）“滤液2”中含有Fe3＋和Zr4＋，“络合”后形成Fe（SCN）3和Zr（SCN）4，由已知条件ⅲ可知Fe（SCN）3难溶于有机溶剂MIBK，Zr（SCN）4在水中的溶解度小于在有机溶剂MIBK中的溶解度，通过萃取，Zr（SCN）4进入有机层，Fe（SCN）3留在水层，再利用H2SO4反萃取Zr（SCN）4，从而达到分离铁而富集锆的目的。

[答案]　

（1）增大反应物的接触面积，缩短“氯化”时间，提高锆英石的转化率

（2）①ZrSiO4＋4Cl2＋4CO===ZrCl4＋SiCl4＋4CO2

②1MPa、390℃　温度高于390℃，ZrCl4因升华而逸出

（3）AlO

、SiO

（4）①1.02　②2CN－＋5ClO－＋2OH－===2CO

＋5Cl－＋N2↑＋H2

O

（5）“络合”后，Fe3＋与Zr4＋分别与NH4SCN反应生成Fe（SCN）3和Zr（SCN）4，Fe（SCN）3难溶于MIBK，Zr（SCN）4则被MIBK萃取，进入有机层，再利用H2SO4反萃取Zr（SCN）4，从而达到分离铁而富集锆的目的

4、结晶水合物在煅烧过程中会发生一系列变化，请回答下列问题：

（1）硫酸高铈[Ce（SO4）2]是一种常用的强氧化剂。

将Ce（SO4）2·4H2O（摩尔质量为404g·mol－1）在空气中加热，样品的固体残留率（

×100%）随温度的变化如图1所示。

当固体残留率为70.3%时，所得固体可能为________（填字母）。

A．Ce（SO4）2B．Ce2（SO4）3C．CeOSO4

（2）固体A为生石膏（CaSO4·2H2O）和不含结晶水且高温时也不分解的杂质。

生石膏在120℃时失水生成熟石膏（2CaSO4·H2O），熟石膏在200℃时失水生成硫酸钙。

为测定固体A中生石膏的含量，某科研小组进行了如下实验：

称取固体A180g置于坩埚中加热，加热过程中固体质量随温度变化的情况如图2所示。

①实验中每次对固体称量时需要在冷却后进行。

为保证实验结果的精确性，固体冷却时必须防止_____________________________________________。

②将加热到1400℃时生成的气体通入品红溶液中，品红褪色。

写出1400℃时的化学反应方程式：

_______________________________________________。

③固体A中生石膏的质量分数约为________（结果保留1位小数）。

答案　

（1）B　

（2）①吸水　②2CaSO4

2CaO＋2SO2↑＋O2↑　③95.6%

解析　

（1）若1molCe（SO4）2·4H2O分解，当固体残留率为70.3%时，所剩固体的质量为404g·mol－1×1mol×70.3%≈284g，即对应所得固体的摩尔质量可能为284g·mol－1，Ce（SO4）2的摩尔质量为332g·mol－1，CeOSO4的摩尔质量为252g·mol－1，A、C项不符合题意；若2molCe（SO4）2·4H2O分解，对应所得1mol固体时固体的摩尔质量约为568g·mol－1，Ce2（SO4）3的摩尔质量为568g·mol－1，B项符合题意。

（2）①失水后的晶体冷却时必须防止吸水，否则会导致测定结果有较大误差。

②由图示数据及使品红褪色的信息可推知反应为2CaSO4

2CaO＋2SO2↑＋O2↑。

③由②中反应方程式及CaSO4分解时质量减少144g－64g＝80g可知生成了1molSO2和0.5molO2，根据原子守恒知生石膏的物质的量为1mol，则m（CaSO4·2H2O）＝172g，生石膏的质量分数＝

×100%≈95.6%。

5、钛铁矿的主要成分为FeTiO3（可表示为FeO·TiO2），含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质。

利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料（钛酸锂Li4Ti5O12和磷酸亚铁锂LiFePO4）的工业流程如下图所示：

已知：

FeTiO3与盐酸反应的离子方程式为：

FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl42－＋2H2O。

（1）化合物FeTiO3中铁元素的化合价是________。

（2）滤渣A的成分是________。

（3）滤液B中TiOCl42－转化生成TiO2的离子方程式是

_____________________________________________________________。

（4）反应②中固体TiO2转化成（NH4）2Ti5O15溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如下图所示。

反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是________________。

（5）反应③的化学方程式是____________________________________________

________________________________________________________________。

（6）由滤液D制备LiFePO4的过程中，所需17%双氧水与H2C2O4的质量比是________。

（7）若采用钛酸锂（Li4Ti5O12）和磷酸亚铁锂（LiFePO4）作电极组成电池，其工作原理为：

Li4Ti5O12＋3LiFePO4

Li7Ti5O12＋3FePO4

该电池充电时阳极反应式是__________________。

解析　

（1）FeTiO3可表示为FeO·TiO2，由此可知铁元素的化合价是＋2。

（2）FeTiO3、MgO、CaO均可以溶于盐酸，故滤渣中只有SiO2。

（6）滤液D中含有Fe2＋，由滤液D制备LiFePO4的过程中，Fe2＋先被H2O2氧化，后又被H2C2O4还原成Fe2＋。

H2O2作氧化剂时1molH2O2得到2mol电子；H2C2O4作还原剂时，1molH2C2O4转化为CO2失去2mol电子，由于两个过程转移的电子数相同，所以H2O2与H2C2O4的物质的量之比为1∶1，则所需17%双氧水与H2C2O4的质量比是

∶90＝20∶9。

（7）阳极发生氧化反应，应是LiFePO4转化为FePO4。

答案　

（1）＋2　

（2）SiO2

（3）TiOCl42－＋H2O

TiO2↓＋2H＋＋4Cl－

（4）温度过高时，反应物氨水（或双氧水）会受热分解

（5）（NH4）2Ti5O15＋2LiOH===Li2Ti5O15↓＋2NH3·H2O（或2NH3＋2H2O）

（6）20∶9

（7）LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋

6、化合物A（分子式为C6H6O）是一种有机化工原料，在空气中易被氧化。

A的有关转化反应如下（部分反应条件略去）：

（1）写出A的结构简式：

_____________。

（2）G是常用指示剂酚酞。

写出G中含氧官能团的名称：

___________和___________。

（3）某化合物是E的同分异构体，且分子中只有两种不同化学环境的氢。

写出该化合物的结构简式：

。

（4）F和D互为同分异构体。

写出反应E→F的化学方程式：

_____________________________。

（5）根据已有知识并结合相关信息，写出以A和HCHO为原料制备CHO的合成路线流程图（无机试剂任用）。

合成路线流程图示例如下：

H2C=CH2

CH3CH2Br

CH3CH2OH

【解析】根

据反应条件及相关信息判定各种有机物，确定转化关系。

（1）根据G的分子结构中含有苯环，确定A中也有苯环，结合A的分子式为C6H6O，确定A的结构简式为

。

（2）G中含有的官能团为（酚）羟基和酯基。

（3）E的分子式为C7H14O，它的同分异构体中要求有两种不同化学环境的氢，说明具有很强的对称性，这决定了分子中不可能存在

；若存在

，则剩余部分可以是2个

。

若存在一个环，则可以是

。

【答案】

（1）

（2）（酚）羟基　酯基

（3）

、