高考化学化学工艺流程 综合大题精编30题答案+解析.docx

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高考化学化学工艺流程综合大题精编30题答案+解析

2020年高考化学：

化学工艺流程综合大题精编30题

【答案+解析】

1.如图为从预处理后的可充电电池粉末（主要为NiO、CdO、CoO和Fe2O3等）中回收重金属的工艺流程。

回答下列问题：

（1）浸取过程为先加入NH4HCO3溶液，再向其中通入NH3，滤液①中主要含[Cd（NH3）4]2＋、[Ni（NH3）6]2＋、[Co（NH3）6]2＋及CO。

写出NiO浸取时发生反应的化学方程式：

______________

__________________________________________________________

（2）为探究“催化氧化”步骤中[Co（NH3）6]2＋氧化为[Co（NH3）6]3＋的实验条件，向[Co（NH3）6]2＋含量为0.38g·L－1的溶液中通入空气，待反应完全后，记录数据如下表：

反应时间

[Co（NH3）6]3＋/g·L－1（25℃）

[Co（NH3）6]3＋/g·L－1

（90℃，石墨催化）

1.5h

0.090

0.35

2.5h

0.14

0.38

5h

0.35

0.38

由表中数据可得，[Co（NH3）6]2＋氧化的最佳条件为________________________________。

（3）已知Co（OH）3为强氧化剂，向Co（OH）3中加入浓盐酸发生反应Ⅰ，写出该反应的离子方程式：

_______________________________________________________________________________________________________________________________________。

（4）“反萃取”的原理为NiR有机＋2H＋Ni2＋＋2HR有机，需加入的试剂X为________，分离有机相和水相的操作为________。

（5）水相①的主要溶质为________（填化学式）。

（6）生成CdCO3沉淀是利用反应[Cd（NH3）4]2＋＋COCdCO3↓＋4NH3↑。

已知：

常温下，该反应平衡常数K＝2.75×105，[Cd（NH3）4]2＋Cd2＋＋4NH3的平衡常数K不稳＝2.75×10－7，列式计算Ksp（CdCO3）：

____________________________________________________

___________________________________________________________________。

答案　

（1）NiO＋5NH3＋NH4HCO3===[Ni（NH3）6]CO3＋H2O

（2）90℃，石墨催化，反应时间为2.5h

（3）2Co（OH）3＋6H＋＋2Cl－===2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O

（4）硫酸溶液（或H2SO4溶液）　分液

（5）[Cd（NH3）4]CO3

（6）Ksp（CdCO3）＝c（CO）·c（Cd2＋）

＝＝＝＝1.0×10－12

解析　

（1）由题给信息，浸取过程得到的滤液①中含[Cd（NH3）4]2＋、[Ni（NH3）6]2＋、[Co（NH3）6]2＋和CO，可知NiO浸取时发生反应的化学方程式为NiO＋5NH3＋NH4HCO3===[Ni（NH3）6]CO3＋H2O。

（2）由题给信息可知，催化氧化前溶液中[Co（NH3）6]2＋的浓度为0.38g·L－1，“90℃，石墨催化，反应时间为2.5h”和“90℃，石墨催化，反应时间为5h”两个条件下均可将溶液中的[Co（NH3）6]2＋全部氧化为[Co（NH3）6]3＋，但同等条件下，反应时间越短越好，故最佳条件为90℃，石墨催化，反应时间为2.5h。

（3）Co（OH）3为强氧化剂，由工艺流程可知经反应Ⅰ得到CoCl2溶液，因此Co（OH）3被浓盐酸还原为CoCl2，而浓盐酸被氧化为Cl2，故反应的离子方程式为2Co（OH）3＋6H＋＋2Cl－===2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O。

（4）为促进Ni向水相转移，平衡需正向移动，结合流程中的产物为NiSO4·6H2O，故应加入H2SO4溶液。

分离有机相和水相的操作为分液。

（5）由流程分析可得，水相①的主要溶质为[Cd（NH3）4]CO3。

（6）Ksp（CdCO3）＝c（CO）·c（Cd2＋）

＝＝＝＝1.0×10－12。

2．锶（Sr）为第五周期IIA族元素，其化合物六水氯化锶（SrCl2·6H2O）是实验室重要的分析试剂，工业上常以天青石（主要成分为SrSO4）为原料制备，生产流程如下：

（1）工业上天青石焙烧前先研磨粉碎，其目的是_______________________________。

（2）工业上天青石隔绝空气高温焙烧，若0.5molSrSO4中只有S被还原，转移了4mol电子。

写出该反应的化学方程式：

_____________________________________________。

（3）加入硫酸的目的是____________________________。

为了提高原料的利用率，滤液中Sr2+的浓度应不高于_________mol/L[注：

此时滤液中Ba2+浓度为1×10−5mol/L，Ksp（BaSO4）=1.1×10−10，Ksp（SrSO4）=3.3×10−7]。

（4）产品纯度检测：

称取1.000g产品溶解于适量水中，向其中加入含AgNO31.100×10−2mol的AgNO3溶液（溶液中除Cl−外，不含其它与Ag+反应的离子），待Cl−完全沉淀后，用含Fe3+的溶液作指示剂，用0.2000mol/L的NH4SCN标准溶液滴定剩余的AgNO3，使剩余的Ag+以AgSCN白色沉淀的形式析出。

①滴定反应达到终点的现象是_________________________________________。

②若滴定过程用去上述浓度的NH4SCN溶液20.00mL，则产品中SrCl2·6H2O的质量百分含量为______________（保留4位有效数字）。

（5）工业上常用电解熔融SrCl2制锶单质。

由SrCl2·6H2O制取无水氯化锶的方法是____________。

【答案】

（1）增加反应物的接触面积，提高化学反应速率

（2）SrSO4+4CSrS+4CO↑

（3）除去溶液中Ba2+杂质0.03

（4）①加1滴NH4SCN溶液溶液由无色变为红色，且30s内不褪色②93.45%

（5）加热SrCl2·6H2O失去结晶水至恒重（或灼烧等）

【解析】

（1）天青石焙烧前先研磨粉碎，其目的是为了增加反应物的接触面积，提高化学反应速率，从而提高原料的转化率。

（2）在焙烧的过程中若只有0.5molSrSO4中只有S被还原，转移了4mol电子，则1mol的S转移8mol的电子，由于在反应前元素的化合价为+6价，所以反应后元素的化合价为−2价，因此碳与天青石在高温下发生反应的化学方程式为：

SrSO4+4CSrS+4CO↑。

（3）在用HCl溶解SrS后的溶液中加入硫酸的目的是除去溶液中Ba2+杂质；由于在Ba2+浓度为1×10−5mol/L，BaSO4的溶度积常数为1.1×10−10，所以c（）=mol/L=1.1×10−5mol/L，而SrSO4的溶度积常数为3.3×10−7，所以c（Sr2+）=mol/L=3.0×10−2=0.03mol/L。

（4）①若NH4SCN不再与Ag+结合形成AgSCN白色沉淀，溶液中就会含有过量的SCN−，会与Fe3+产生络合物，溶液变为红色，因此滴定达到终点时溶液由无色变为血红色，且30s不褪色；②n（NH4SCN）=0.2000mol/L×0.02L=4.0×10−3mol，Ag+以AgSCN白色沉淀的形式析出，所以溶液中剩余的Ag+的物质的量为：

n（Ag+）=4.0×10−3mol，则与Cl−反应的Ag+的物质的量为：

n（Ag+）=1.100×10−2mol−4.0×10−3mol=7.0×10−3mol，1.000g产品中SrCl2·6H2O的物质的量为：

n（SrCl2·6H2O）=×n（Ag+）=3.5×10−3mol，1.000g产品中SrCl2·6H2O的质量为：

m（SrCl2·6H2O）=3.5×10−3mol×267g/mol=0.9345g，所以产品纯度为：

×100%=93.45%。

（5）氯化锶属于强酸强碱盐，不能水解，由SrCl2·6H2O制取无水氯化锶，直接加热SrCl2·6H2O失去结晶水至恒重。

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（铝电极表面涂有LiNi1－x－yCoxMnyO2）的工艺流程如图所示：

回答下列问题

（1）废旧锂离子电池拆解前进行“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是_______。

（2）能够提高“碱浸”效率的方法有______（至少写两种）。

（3）“碱浸”过程中，铝溶解的离子方程式为_____。

（4）实验室模拟“碱浸”后过滤的操作，需用到的玻璃仪器有_____；过滤后需洗涤，简述洗涤的操作过程：

_____。

（5）LiCoO2参与“还原”反应的离子方程式为_______。

（6）溶液温度和浸渍时间对钴的浸出率影响如图所示：

则浸出过程的最佳条件是______。

（7）已知溶液中Co2+的浓度为1.0mol·L－1，缓慢通入氨气，使其产生Co（OH）2沉淀，则Co2+沉淀完全时溶液的最小pH为______（已知：

离子沉淀完全时c（Co2+）≤1.0×10－5mol·L－1，Ksp[Co（OH）2]=4.0×10－15，1g2=0.3，溶液体积变化忽略不计）。

（8）写出“高温烧结固相合成”过程的化学方程式：

_______。

【答案】放电有利于Li+向正极移动并进入正极材料粉碎、适当增大NaOH的浓度、适当升高温度等2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑漏斗、烧杯、玻璃棒沿玻璃棒向过滤器中加水至浸没沉淀，待水滤出后重复操作2~3次2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑75℃，30min9.3（4-4x-4y）Ni（OH）2+4xCo（OH）2+4yMn（OH）2+2Li2CO3+O24LiNi1-x-yCoxMnyO2+2CO2+4H2O

【解析】

（1）放电时，负极上生成锂离子，锂离子向正极移动并进入正极材料中，所以“放电处理”有利于锂在正极的回收，

故答案为：

放电有利于Li+向正极移动并进入正极材料；

（2）提高浸出率的方法有粉碎、适当增大NaOH的浓度、适当升高温度等，

故答案为：

粉碎、适当增大NaOH的浓度、适当升高温度等；

（3）“碱浸”过程中，铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，离子方程式为2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑，

故答案为：

2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑；

（4）过滤需用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒；洗涤沉淀在过滤器中进行，其操作为：

沿玻璃棒向过滤器中加水至浸没沉淀，待水滤出后重复操作2~3次；

故答案为：

漏斗、烧杯、玻璃棒；沿玻璃棒向过滤器中加水至浸没沉淀，待水滤出后重复操作2~3次；

（5）LiCoO2中Li元素为+1价，O元素为-2价，故Co元素化合价为+3价，LiCoO2为难溶物，H2SO4为电解质，H2O2还原LiCoO2中+3价Co元素，反应的离子方程式为2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑，

故答案为：

2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑；

（6）由