届全国卷Ⅰ高考化学二轮复习工艺流程题除杂提纯类.docx
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届全国卷Ⅰ高考化学二轮复习工艺流程题除杂提纯类
2021全国卷Ⅰ高考二轮复习工艺流程题-除杂提纯类
1．一种以辉铜矿（主要成分为Cu2S，含少量SiO2）为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示：
（1）写出“浸取”过程中Cu2S溶解时发生反应的离子方程式：
___。
（2）恒温“浸取”的过程中发现铜元素的浸取速率先增大后减少，有研究指出CuCl2是该反应的催化剂，该过程的反应原理可用化学方程式表示为：
①Cu2S+2CuCl2=4CuCl+S；②___。
（3）“回收S”过程中温度控制在50～60℃之间，不宜过高的原因是___。
（4）向滤液M中加入（或通入）___（填字母），可得到一种可循环利用的物质。
a.铁b.氯气c.高锰酸钾d.氯化氢
（5）“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是__；“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO3溶液调节溶液的pH，其理由_。
（6）辉铜矿可由黄铜矿（主要成分为CuFeS2）通过电化学反应转变而成，有关转化见图，转化时转移0.2mol电子，生成Cu2S___mol。
2．硫酸是一种重要的基本化工产品。
接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：
2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g）ΔH＝－196kJ·mol－1。
回答下列问题：
（1）钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5（s）与SO2（g）反应生成VOSO4（s）和V2O4（s）的热化学方程式为：
__________________________。
（2）工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下：
请回答下列问题：
①步骤①所得废渣的成分是__________（写化学式），操作I的名称______________。
②步骤②、③的变化过程表示为（下式R表示VO2＋，HA表示有机萃取剂）：
R2（SO4）n（水层）＋2nHA（有机层）
2RAn（有机层）＋nH2SO4（水层）
②中萃取时必须加入适量碱，其原因是_________________________________。
③中X试剂为（写化学式）________________。
③④的离子方程式为_____________________________________。
3．锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。
工业上常以β－锂辉矿（主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质）为原料来制取金属锂。
其中一种工艺流程如下：
已知：
①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：
氢氧化物
Fe（OH）3
Al（OH）3
Mg（OH）2
开始沉淀pH
2.7
3.7
9.6
完全沉淀pH
3.7
4.7
11
②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：
温度/℃
0
10
20
50
75
100
Li2CO3的溶解度/g
1.539
1.406
1.329
1.181
0.866
0.728
请回答下列问题：
（1）用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成：
________。
（2）反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是_______________。
（3）写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式：
____________；________。
（4）反应Ⅳ的产物体系中，得到Li2CO3沉淀的实验操作名称为_________。
洗涤所得Li2CO3沉淀要使用______（选填“热水”或“冷水”），你选择的理由是____________。
（5）直接加热蒸干氯化锂时，部分氯化锂会发生水解反应。
请写出反应的化学方程式____。
4．五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化剂。
某化学科研小组从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。
废钒催化剂的主要成分为：
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2-2.9
2.8-3.1
22-28
60-65
1-2
1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
回答下列问题：
（1）“流出液”中最多阳离子是________________。
（2）“酸浸”时，欲使“酸浸”速率加快的方法________________（填两种方法）。
写出“废渣1”的主要成分与NaOH发生反应的化学方程式是________________。
（3）“氧化”中KClO3使VO2+变为
，写出“氧化”中使VO2+变为
的离子反应方程式________________。
（4）“中和”作用之一是使钒以
形式存在于溶液中，作用之二是调节溶液pH值除去杂质离子。
“废渣2”中含有________________（填化学式）。
（5）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，高温煅烧1molNH4VO3生成的气体用足量浓硫酸吸收，浓硫酸增重________________g。
5．电镀污泥中常含大量的铬（Cr），回收电镀污泥中的铬的方法很多。
以电镀污泥[含Cr（OH）3及Al、Cu、Ni、Zn、Fe的金属阳离子等]为原料制备铬酸铅（PbCrO4）的某工艺流程如图：
已知：
①"焙烧"后，Al、Zn的存在形式为NaAlO2、Na2ZnO2，Cu、Fe以最高价氧化物的形式存在。
②2CrO
+2H+Cr2O
+H2O。
③当溶液的pH为6~7时，铅主要以铅离子形式存在；氢氧化锌和氢氧化铝均为两性氢氧化物，相关数据如下：
金属阳离子
完全沉淀pH
沉淀开始溶解pH
锌离子
8.0
10.5
铝离子
5.2
7.8
回答下列问题：
（1）"焙烧"时，Cr（OH）3发生反应的化学方程式为__，反应中被还原的元素与被氧化的元素的质量之比为__。
（2）"浸取"时不选用NaOH溶液浸取的原因为__。
（3）“过滤Ⅰ”后为了防止铬的流失需洗涤"滤渣Ⅰ"，并将洗涤液与滤液合并，实验室洗涤的具体操作为___，洗涤后的"滤查Ⅰ"中，含NiO、__（填化学式）。
（4）“除铝和锌"时，为了较好地达到目的，该步骤应注意__。
（5）向“滤液2”中加稀盐酸的目的是__。
（6）"过液3"中存在的金属阳离子主要为要为__（填离子符号）。
6．磷酸亚铁锂（LiFePO4）电池是新能源汽车的动力电池之一。
废旧电池正极片（磷酸亚铁锂、炭黑和铝箔等）可再生利用，其工艺流程如图：
已知：
碳酸锂在水中的溶解度：
0℃时1.54g，90℃时0.85g，100℃时0.71g。
（1）上述流程中要得到Li2CO3的操作是____________________。
（2）“氧化”发生反应的离子方程式为________________；若用HNO3代替H2O2，不足之处是______。
（3）①已知Ksp[Fe（OH）3]=2.6×10-39。
常温下，在Fe（OH）3悬浊液中，当溶液的pH=3.0时，Fe3+的浓度为________mol·L-1。
②“调节pH”生成沉淀时，溶液pH与金属元素的沉淀百分率（ω）的关系如表：
pH
3.5
5.0
6.5
8.0
10.0
12.0
ω（Fe）/%
66.5
79.2
88.5
97.2
97.4
98.1
ω（Li）/%
0.9
1.3
1.9
2.4
4.5
8.0
则最佳的沉淀pH=_______。
（4）“沉锂”时所得的沉淀应用_______洗涤（填“热水”或“冷水”）。
（5）甲醇燃料电池在工作时，正极发生反应的物质是______，该电池在酸性条件放电时正极的电极反应式为___________________。
7．工业上用菱锰矿（MnCO3）[含FeCO3、SiO2、Cu2（OH）2CO3等杂质]为原料制取KMnO4。
其流程示意图如下：
已知：
①Ksp（CuS）=1.3×10-36、Ksp（MnS）=2×10-13；
②金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表：
回答下列问题：
（1）写出滤渣1的一种工业用途：
___________________。
实验室模拟该流程过程中，洗涤滤渣1的具体操作方法为____________________。
（2）试剂a最好选用________（填选项字母）。
A．氯水B．高锰酸钾C．次氯酸钠D．浓盐酸
（3）试剂b可选用______（填选项字母）。
A．氨水B．稀硫酸C．碳酸锰D．Mn（OH）2E.NaOH
（4）试剂c为MnS，写出滤液2中加入MnS后发生反应的离子方程式：
_________。
（5）工业上用硫酸溶解碳酸锰，而不用盐酸溶解，其原因是_______________。
（6）KMnO4是一种常用的滴定试剂，某同学用酸性高锰酸钾溶液测定滤液1中Fe2+的含量。
滴定过程中，每次均量取25.00mL的滤液1置于锥形瓶中，滴定三次平均消耗掉0.1000mol/L的KMnO4溶液20.00mL，则滤液1中Fe2+的浓度为__________g/L（保留三位有效数字）。
8．氯化钴是治疗障碍性贫血药物的主要成分之一。
下面是从海绵钴（含有少量Fe、Ni）中制备氯化钴晶体的工艺流程：
已知：
①Co、Ni溶于盐酸均生成+2价金属阳离子；②Ni2+溶于氨水生成[Ni（NH3）6]2+离子。
回答下列问题：
（1）为提高海绵钴的溶浸率，可以采用的措施有_________（写出一条即可）。
（2）写出“除Ni”时发生的离子反应方程式：
__________。
（3）研究发现，“除Ni”步骤中，NH3·H2O用量对反应收率的影响有如下关系：
加入氨水，调节pH
收率/%
Ni2+含量/%
9
98.1
0.08
9.5
98
0.05
10
97.6
0.005
10.3
94
0.005
“除Ni”时，pH=_________时，效果最好。
（4）“沉铁”步骤中，加入H2O2时发生的离子反应为________；加入CoO的目的是_________。
（5）已知25℃时，若Ksp[Fe（OH）3]＝1.0×10-38，离子浓度小于或等于1.0×10-5mol/L时表示完全沉淀，则该温度下Fe3+完全沉淀时pH＝______。
（6）操作a的实验步骤为________
。
（7）将CoCl2·6H2O晶体在HCl氛围下加热，所得样品的固体残留率（
×100%）随温度的变化如下图所示。
则当固体残留率为62.18%时，所得固体的化学式为_______。
9．硼酸（H3BO3）大量应用于玻璃制造行业，以硼镁矿（含2MgO·B2O3·H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3）为原料生产硼酸的工艺流程如图：
已知：
①H3BO3在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0g、8.7g、14.8g、40.2g。
②Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4。
（1）由于矿粉中含CaCO3，“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器溢出，故应分批加入H2SO4，该反应的化学方程式为________。
（2）“浸出液”显酸性，含H3BO3和Mg2+、SO
，还含有Fe3+、Fe2+、Ca2+、Al3+等杂质。
“除杂”时向浸出液中依次加入适量H2O2和MgO，除去的杂质离子是________。
H2O2的作用是________（用离子方程式表示）。
（3）“浸取”后，采用“热过滤”的目的是________。
（4）“母液”可用于回收硫酸镁，已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如图，且溶液的沸点随压强增大而升高。
为了从“母液”中充分回收MgSO4·H2O，应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩，________。
10．冶炼、镀铬、制革、印染等工业将含铬废液排入水中，会造成严重的环境污染。
下面是某工厂对制革工业污泥中铬元素的回收与再利用工艺流程（其中硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋）：
（1）实验室若需要240mL4.8mol·L－1的H2SO4溶液，用98%密度为1.84g·cm－3的浓硫酸来配制，需要量取__________mL浓硫酸。
（2）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有__________。
（写两个）
（3）H2O2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr3＋转化为
，写出此反应的离子方程式：
____________________。
（4）常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下：
阳离子
Fe3＋
Mg2＋
Al3＋
Cr3＋
开始沉淀时的pH
2.7
—
—
—
沉淀完全时的pH
3.7
11.1
8
9（＞9溶解）
加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr2O
转化为CrO
，写出此反应的离子方程式：
____________________________________________________________。
但溶液的pH不能超过8，其理由是______________________________。
（5）钠离子交换树脂的反应原理为Mn＋＋nNaR→MRn＋nNa＋，利用钠离子交换树脂除去的滤液Ⅱ中的金属阳离子是__________。
（6）写出上述流程中用SO2进行还原时发生反应的化学方程式：
______________________________。
11．从废旧磷酸铁锂电池的正极材料（含LiFePO4、石墨粉和铝箔等）中综合回收锂、铁和磷等的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
（1）“溶浸1”中铝溶解的化学方程式为___________________________。
（2）完成“溶浸2”反应的离子方程式___________________________：
LiFePO4+H2O2+=Li+++H2PO4-+H2O
（3）“滤渣2”的主要成分是_______________。
（4）“滤液2”循环两次的目的是___________________________。
（5）“沉铁、磷”时，析出FePO4沉淀，反应的离子方程式为_______________________。
实验中，铁、磷的沉淀率结果如图所示。
碳酸钠浓度大于30%后，铁沉淀率仍然升高，磷沉淀率明显降低，其可能原因是___________________________。
（6）为了充分沉淀，“沉锂”时所用的X和适宜温度是___（填标号）。
A．NaOH20-40℃B．NaOH80-100℃
C．Na2CO320-40℃D．Na2CO360-80℃
12．某科学研究小组没计以辉钼矿（MoS2、CuFeS2、Cu2S及SiO2等）为原料制备少量钼酸铵的工艺流程如图：
已知：
①“焙砂”中有MoO3、CuSO4、CuMoO4、Fe2O3、Fe2（SO4）3、SiO2。
②"氨浸"时，铜元素转化为[Cu（NH3）4]（OH）2（深蓝色），钼元素转化为（NH4）2MoO4。
③[Cu（NH3）4]（OH）2
[Cu（NH3）4]2++2OH-。
回答下列问题：
（1）"焙烧"在马弗炉中进行。
①为了使辉钼矿充分培烧，需要采取的措施是__（写出一种）。
②马弗妒中逸出的气体可用__溶液吸收。
③MoS2转化成MoO3的化学方程式为__。
（2）"氨浸"时发生多个反应，其中CuMoO4被浸取的化学方程式为__。
（3）"滤渣Ⅰ"的成分有SiO2、__（填化学式）。
（4）"沉铜"是在80℃时进行的，铜沉淀完全的依据是__，发生反应的离子方程式为__。
13．脱硫技术能有效控制SO2对空气的污染。
（1）向煤中加入石灰石可减少燃烧产物中SO2的含量，该反应的化学方程式是
_______________________________。
（2）海水呈弱碱性，主要含有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO42—、Br－、HCO3—等。
含SO2的烟气可利用海水脱硫，其工艺流程如图所示：
①向曝气池中通入空气的目的是_____________________________________。
②通入空气后曝气池中海水与天然海水相比，浓度有明显不同的离子是________。
a．Cl－ b．SO42— c．Br－ d．HCO3—
（3）用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可得到NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示（电极材料为石墨）。
①图中a极要连接电源的________（填“正”或“负”）极，C口流出的物质是________。
②SO32—放电的电极反应式为____________________________。
③电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动的原理解释原因：
__________________________________________。
14．某工厂对工业生产钛白粉产生的废液进行综合利用，废液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2（SO4）3、TiOSO4，可用于生产颜料铁红和补血剂乳酸亚铁。
其生产工艺流程如下：
（已知乳酸酸性强于碳酸）
已知：
①TiOSO4可溶于水，在水中可以电离为TiO2+和SO42—；
②TiOSO4水解的反应为：
TiOSO4+（x+1）H2O→TiO2•xH2O↓+H2SO4。
请回答：
（1）步骤①所得滤渣的主要成分为____________________，分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作中所用的玻璃仪器是____________________；步骤②中得到纯净硫酸亚铁晶体的操作为蒸发浓缩、____________________。
（2）步骤③硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为____________________。
（3）步骤④的离子方程式是____________________。
（4）试用平衡移动原理解释步骤⑤生成乳酸亚铁的原因:
____________________。
（5）实验室中常用KMnO4滴定法测定晶体中FeSO4·7H2O的质量分数，取步骤②中所得FeSO4·7H2O晶体样品ag，配成500．00mL溶液，取出25．00mL溶液，用KMnO4溶液滴定（杂质与KMnO4不反应）。
若消耗0．1000mol•L-1KMnO4溶液25．00mL，所得晶体中FeSO4·7H2O的质量分数为（用a表示）____________________。
15．综合处理“工业三废”，有利于保护环境，节约资源。
（1）为处理某工厂的工业废气（主要含N2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分），设计了如下流程：
已知：
NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O；
2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O。
①废渣的成分为_____________（填化学式）。
②通入空气不能过量，原因是______________________。
③吸收剂所吸收的气体主要是______________。
④处理含NH4+废水时，发生反应的离子方程式为_____________________。
（2）某无色工业废水中可能含有NH4+、Na+、Al3+、Cu2+、Cl-、SO42-、CO32-等离子中的几种离子。
为确定其成分，设计如下实验：
a．取10mL该废水于试管中，加入足量的Ba（NO3））2溶液和稀硝酸，充分反应后过滤得到0.04mol白色沉淀，向滤液中加入AgNO3溶液无沉淀产生。
b．另取10mL该废水于试管中，滴加NaOH溶液产生白色沉淀，当沉淀增加到一定量后开始产生气体，最后沉淀完全溶解。
沉淀和气体的物质的量随加入NaOH溶液体积的变化关系如下图所示。
（不考虑沉淀、气体的溶解和损失）
根据上述实验和图表数据：
①该废水中一定含有的离子有_______________（填离子符号）。
②实验室配制100mL所需浓度的NaOH溶液时，用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒外，还需要________________（填仪器名称）。
③图中a=_________。
参考答案
1．Cu2S+4Fe3+=2Cu2++4Fe2++SCuCl+FeCl3=CuCl2+FeCl2温度高苯容易挥发b调节溶液的pH，使铁完全转化为Fe（OH）3沉淀抑制Cu2+的水解0.2
【分析】
辉铜矿加入氯化铁溶液溶解浸取，二氧化硅不反应，过滤得到矿渣用苯回收硫单质，说明Cu2S和FeCl3发生反应生成S单质，还生成氯化铜、氯化亚铁。
在滤液中加入铁还原铁离子和铜离子，然后过滤，滤液M主要含有氯化亚铁，保温除铁加入稀硝酸溶液将铁氧化为铁离子，氧化铜调节溶液pH，使Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，过滤分离，滤液中主要含有硝酸铜，加入硝酸抑制铜离子水解，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硝酸铜晶体。
【详解】
（1）浸取过程中Fe3+将Cu2S氧化，根据电子守恒和元素守恒可得其离子反应方程式，故答案为：
；
（2）根据Cu2S的最终产物CuCl2可得反应②，故答案为：
；
（3）回收硫时所用溶剂为苯，苯的熔沸点较低，故答案为：
温度高苯容易挥发；
（4）M中主要物质为氯化亚铁，通入氯气可生成氯化铁，实现循环使用，故答案为：
b；
（5）“保温除铁”过程要除去Fe3+，故需要加入氧化铜来调节pH值，使Fe3+生成氢氧化铁沉淀；铜离子会水解，故在蒸发浓缩冷却结晶过程中需要加入硝酸来抑制其水解，故答案为：
调节溶液的pH，使铁完全转化为Fe（OH）3沉淀；抑制Cu2+的水解；
（6）该转化中Cu被氧化成Cu2S，化合价升高1价，CuFeS2被还原成Cu2S，化合价降低1价，根据电子守恒可知答案为：
0.2。
【点睛】
解决工艺流程题，首先要根据题干信息，了解生产的产品，分析整个流程中各操作步骤的目的，搞清楚发生了什么反应；再结合具体的题目进行详细解答。
2．2V2O5（s）＋2SO2（g）=2VOSO4（s）＋V2O4（s）ΔH＝－351kJ·mol－1SiO2过滤加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率H2SO46VO2＋＋ClO
＋9H2O=6VO
＋Cl－＋18H＋
【分析】
（2）VOSO4中含有K2SO4、SiO2杂质，二氧化硅不溶于水，用水溶过滤得到含有VO2-、SO42-、K+滤液，滤渣为二氧化硅，在滤液中加入有机萃取剂萃取滤液中VO2-，通过分液得到含有VO2-的有机层，加入试剂X进行反萃取，结合②中步骤②、③的变化为可逆过程，可知X为硫酸，加入硫酸分液得到有机层和水层，由加入氨水调节pH得到的沉淀，可知加入氧化剂KClO3氧化VO2-为VO
，调节溶液pH，最后NH4VO3分解得到氨气和V2O5，由工艺流程可知，氨气与有机溶剂可以循环利用，据此分析解答。
【详解】
（1）由题图可得，①V2O4（s）+SO3（g）=V2O5（s）+SO2（g）ΔH＝-24kJ·mol－1
②V2O4（s）+2SO3（g）=VOSO4（s）ΔH＝-399kJ·mol－1
由盖斯定律可得：
②-①×2得到：
2V2O5（s）＋2SO2（g）=2VOSO4（s）＋
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