2023高考化學(xué)二輪專題復(fù)習(xí)與測試題型強化練三化學(xué)工業(yè)流程題解題突破

題型強化練(三)化學(xué)工業(yè)流程題解題突破1．(2022·汕頭第一次模擬考試)砷的化合物可用于半導(dǎo)體領(lǐng)域，如我國“天宮”空間站的核心艙“天和號”就是采用砷化鎵薄膜電池來供電。一種從酸性高濃度含砷廢水[砷主要以亞砷酸(H3AsO3)形式存在]中回收砷的工藝流程如下：已知：ⅰ.As2S3＋6NaOH=Na3AsO3＋Na3AsS3＋3H2O。ⅱ.As2S3(s)＋3S2－(aq)2AsSeq\o\al(3－,3)(aq)。ⅲ.砷酸(H3AsO4)在酸性條件下有強氧化性，能被SO2、氫碘酸等還原。請回答下列問題：(1)As2S3中砷元素的化合價為________價。(2)“沉砷”過程中FeS是否可以用過量的Na2S替換________(填“是”或“否”)；請從平衡移動的角度解釋原因：___________________________________________________________________________________________________________________________。(3)向濾液Ⅱ中通入氧氣進行“氧化脫硫”，請寫出脫硫反應(yīng)的離子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)用SO2“還原”過程中，若需檢驗還原后溶液中是否仍存在砷酸。則還需要的實驗試劑有________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)已知：常溫下，pH＞7.1時，吸附劑表面帶負(fù)電，pH越大，吸附劑表面帶的負(fù)電荷越多；pH＜7.1時，吸附劑表面帶正電，pH越小，吸附劑表面帶的正電荷越多。當(dāng)溶液pH介于7～9，吸附劑對五價砷的平衡吸附量隨pH的升高而下降，試分析其原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)含砷廢水也可采用另一種化學(xué)沉降法處理：向廢水中先加入適量氧化劑，再加入生石灰調(diào)節(jié)pH，將砷元素轉(zhuǎn)化為Ca3(AsO4)2沉淀。若沉降后上層清液中c(Ca2＋)為2×10－3mol·L－1，則溶液中c(AsOeq\o\al(3－,4))的濃度為________mol·L－1。該處理后的溶液是否符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)__________(填“是”或“否”)。(已知：Ksp[Ca3(AsO4)2]＝8×10－19，國家規(guī)定工業(yè)廢水排放中砷元素含量＜0.5mg/L)解析：含砷廢水加入硫化亞鐵生成As2S3沉淀，As2S3沉淀和過量的硫化亞鐵加入氫氧化鈉，As2S3＋6NaOH=Na3AsO3＋Na3AsS3＋3H2O，浸取得到硫化亞鐵濾渣和含Na3AsO3、Na3AsS3的濾液Ⅱ；濾液Ⅱ氧化脫硫生成硫單質(zhì)和Na3AsO4，酸化后生成H3AsO4，砷酸(H3AsO4)在酸性條件下有強氧化性，能被SO2還原生成As2O3。(1)As2S3中硫元素化合價為－2價，則砷元素的化合價為＋3價。(2)已知：ⅱ.As2S3(s)＋3S2－(aq)2AsSeq\o\al(3－,3)(aq)；加入過量的硫化鈉，溶液中c(S2－)增大，平衡正向移動不利于沉砷，故“沉砷”過程中FeS不可以用過量的Na2S替換。(3)由題中流程圖可知，向濾液Ⅱ中通入氧氣進行“氧化脫硫”，AsSeq\o\al(3－,3)和氧氣生成AsOeq\o\al(3－,4)和硫單質(zhì)，反應(yīng)的離子方程式：AsSeq\o\al(3－,3)＋2O2=AsOeq\o\al(3－,4)＋3S↓。(4)砷酸具有氧化性，可以和碘離子生成能使淀粉變藍色的碘單質(zhì)，故還需要的實驗試劑有氫碘酸、淀粉溶液。(5)由題圖1、題圖2可知，當(dāng)pH介于7～9，隨pH升高，H2AsOeq\o\al(－,4)轉(zhuǎn)變?yōu)镠AsOeq\o\al(2－,4)，吸附劑表面所帶負(fù)電荷增多，AsOeq\o\al(3－,4)也帶負(fù)電荷，靜電斥力增加，導(dǎo)致對五價砷的吸附量下降。(6)已知：Ksp[Ca3(AsO4)2]＝8×10－19，沉降后上層清液中c(Ca2＋)為2×10－3mol·L－1，則(2×10－3)3×c2(AsOeq\o\al(3－,4))＝8×10－19，解得溶液中c(AsOeq\o\al(3－,4))的濃度為1×10－5mol·L－1。處理后每升廢水中砷元素含量為1×10－5mol×75g·mol－1×103mg/g＝0.75mg>0.5mg，故不符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。答案：(1)＋3(2)否由于As2S3(s)＋3S2－(aq)2AsSeq\o\al(3－,3)(aq)，加入過量的硫化鈉，溶液中c(S2－)增大，平衡正向移動不利于沉砷(3)AsSeq\o\al(3－,3)＋2O2=AsOeq\o\al(3－,4)＋3S↓(4)氫碘酸、淀粉溶液(5)pH介于7～9時，隨pH升高，H2AsOeq\o\al(－,4)轉(zhuǎn)變?yōu)镠AsOeq\o\al(2－,4)，吸附劑表面所帶負(fù)電荷增多，靜電斥力增加，吸附量下降(6)1×10－5否2．(2022·深圳第一次調(diào)研)鈦鐵渣是鋁熱法煉鐵時產(chǎn)生的廢渣。一種以鈦鐵渣(主要含Al2O3、TiO2，還含F(xiàn)e2O3、CaO、MgO及SiO2等雜質(zhì))為原料制備鈦白粉并回收含鋁物質(zhì)的工藝如圖：已知：“酸浸”時，TiO2轉(zhuǎn)化為TiO2＋進入溶液。回答下列問題：(1)“浸渣”的主要成分為SiO2和________(填化學(xué)式)；TiO2發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)“有機相2”可在該流程________步驟中循環(huán)使用。(3)“水相2”中鈦的存在形式為________。(4)“水相1”中Fe3＋的濃度為0.06mol·L－1。向“水相1”中加入NH3·H2O調(diào)節(jié)溶液pH為8。已知：常溫下，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38?！盀V液”中c(Fe3＋)＝________mol·L－1；“濾液”經(jīng)處理后得到的________(填化學(xué)式)可作化肥。(5)“試劑X”為________(填化學(xué)式)溶液。(6)鈦鐵(TiFe)合金是常見的儲氫合金材料。一種高溫下電解鈦精礦(主要成分為FeTiO3)制備TiFe合金的裝置示意圖如下圖所示。①連接FeTiO3的電阻絲應(yīng)與電源________極相接。②形成TiFe合金的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.電極反應(yīng)：第一步析鐵：_________________________________________________________________；第二步析鈦：TiO2＋4e－=Ti＋2O2－。Ⅱ.轉(zhuǎn)化：2Fe＋Ti=TiFe2；TiFe2＋Ti=2TiFe。③電解結(jié)束后，繼續(xù)通入氬氣直至反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)物自然冷卻至室溫，其主要目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：鈦鐵渣先用硫酸浸取，SiO2難溶，同時CaO轉(zhuǎn)化為難溶的CaSO4，所以浸渣主要成分為SiO2和CaSO4；得到含有Al3＋、TiO2＋、Fe3＋、Mg2＋的溶液，然后萃取，根據(jù)有機相的后續(xù)處理可知，Ti元素進入有機相，有機相中加入稀硫酸反萃取，根據(jù)酸浸時Ti元素的存在形式可知，水相中含有TiO2＋，經(jīng)沉淀、烘干焙燒得到TiO2；萃取分液后的水相1加入NH3·H2O調(diào)節(jié)pH，過濾得到Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2沉淀，向沉淀中加入NaOH溶液，Al(OH)3溶解得到偏鋁酸鈉。(1)酸浸時SiO2難溶，同時CaO轉(zhuǎn)化為難溶的CaSO4，所以浸渣主要成分為SiO2和CaSO4；＋H2SO4=TiOSO4＋H2O。(2)有機相2即有機相1中的Ti元素被反萃取后的有機物，所以可以在“萃取”步驟中循環(huán)使用。(3)根據(jù)酸浸時Ti元素的存在形式可知，水相中鈦的存在形式為TiO2＋。(4)溶液pH為8，則溶液中c(OH－)＝10－6mol·L－1，“濾液”中c(Fe3＋)＝eq\f(Ksp[Fe（OH）3],c3（OH－）)＝eq\f(4.0×10－38,（10－6）3)mol·L－1＝4×10－20mol·L－1；酸浸時用到了硫酸，之后用NH3·H2O調(diào)節(jié)pH，所以濾液中主要含有(NH4)2SO4，處理后可以作氮肥。(5)試劑X可以將Al(OH)3轉(zhuǎn)化為NaAlO2，所以為NaOH溶液。(6)①題圖所示裝置的目的是利用FeTiO3制備TiFe合金，所以Fe、Ti元素要得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以應(yīng)為電解池的陰極，連接FeTiO3的電阻絲應(yīng)與電源負(fù)極相接。②第一步析鐵，即FeTiO3要被還原為Fe單質(zhì)，根據(jù)第二步反＋O2－。③氬氣可以作為保護氣，防止生成的TiFe合金被氧化。答案：(1)CaSO4TiO2＋H2SO4=TiOSO4＋H2O(2)萃取(3)TiO2＋(或TiOSO4)(4)4×10－20(NH4)2SO4(5)NaOH(6)①負(fù)②FeTiO3＋2e－=Fe＋TiO2＋O2－③防止生成的TiFe合金被氧化3．釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以＋3、＋4、＋5價的化合物存在，還包含鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。該工藝條件下，溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金屬離子Fe3＋Fe2＋Al3＋Mn2＋開始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列問題：(1)“酸浸氧化”需要加熱，其原因是_________________________________________________________________________________________________________________。(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VOeq\o\al(＋,2)，同時還有_______離子被氧化。寫出VO＋轉(zhuǎn)化為VOeq\o\al(＋,2)反應(yīng)的離子方程式：____________________________________________________________________________________________________________________。(3)“中和沉淀”中，釩水解并沉淀為V2O5·xH2O，隨濾液②可除去金屬離子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的________。(4)“沉淀轉(zhuǎn)溶”中，V2O5·xH2O轉(zhuǎn)化為釩酸鹽溶解。濾渣③的主要成分是________。(5)“調(diào)pH”中有沉淀生產(chǎn)，生成沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________。(6)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時，需要加入過量NH4Cl，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：黏土釩礦中，釩以＋3、＋4、＋5價的化合物存在，還包含鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4，用30%H2SO4和MnO2“酸浸氧化”時VO＋和VO2＋被氧化成VOeq\o\al(＋,2)，F(xiàn)e3O4與硫酸反應(yīng)生成的Fe2＋被氧化成Fe3＋，SiO2此過程中不反應(yīng)，濾液①中含有VOeq\o\al(＋,2)、K＋、Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、Mn2＋、SOeq\o\al(2－,4)；濾液①中加入NaOH調(diào)節(jié)pH介于3.0～3.1，釩水解并沉淀為V2O5·xH2O，根據(jù)表中提供的溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH，此過程中Fe3＋部分轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，部分Al3＋轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，濾液②中含有K＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、Mn2＋、SOeq\o\al(2－,4)，濾餅②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3，濾餅②中加入NaOH使pH>13，V2O5·xH2O轉(zhuǎn)化為釩酸鹽溶解，Al(OH)3轉(zhuǎn)化為NaAlO2，則濾渣③的主要成分為Fe(OH)3；濾液③中含釩酸鹽、偏鋁酸鈉，加入HCl調(diào)pH＝8.5，NaAlO2轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀而除去；最后向濾液④中加入NH4Cl“沉釩”得到NH4VO3。(1)“酸浸氧化”需要加熱，其原因是升高溫度，增大酸浸和氧化的反應(yīng)速率(促進氧化完全)。(2)“酸浸氧化”中，釩礦粉中的Fe3O4與硫酸反應(yīng)生成FeSO4、Fe2(SO4)3和水，MnO2具有氧化性，F(xiàn)e2＋具有還原性，則VO＋和VO2＋被氧化成VOeq\o\al(＋,2)的同時還有Fe2＋被氧化，反應(yīng)的離子方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；VO＋轉(zhuǎn)化為VOeq\o\al(＋,2)時，釩元素的化合價由＋3價升至＋5價，1molVO＋失去2mol電子，MnO2被還原為Mn2＋，Mn元素的化合價由＋4價降至＋2價，1molMnO2得到2mol電子，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒，VO＋轉(zhuǎn)化為VOeq\o\al(＋,2)反應(yīng)的離子方程式為VO＋＋MnO2＋2H＋=VOeq\o\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O。(3)根據(jù)分析，“中和沉淀”中，釩水解并沉淀為V2O5·xH2O，隨濾液②可除去金屬離子K＋、Mg2＋、Na＋、Mn2＋，以及部分的Fe3＋、Al3＋。(4)根據(jù)分析，濾渣③的主要成分是Fe(OH)3。(5)“調(diào)pH”中有沉淀生成，是NaAlO2與HCl反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀，反應(yīng)的化學(xué)方程式是NaAlO2＋HCl＋H2O=NaCl＋Al(OH)3↓。(6)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時，需要加入過量NH4Cl，其原因是增大NHeq\o\al(＋,4)離子濃度，利用同離子效應(yīng)，促進NH4VO3盡可能析出完全。答案：(1)增大酸浸和氧化的反應(yīng)速率(促進氧化完全)(2)Fe2＋VO＋＋MnO2＋2H＋=VOeq\o\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O(3)Mn2＋Fe3＋、Al3＋(4)Fe(OH)3(5)NaAlO2＋HCl＋H2O=NaCl＋Al(OH)3↓(6)利用同離子效應(yīng)，促進NH4VO3盡可能析出完全4．利用火法煉銅后產(chǎn)生的含鋅銅煙塵(主要成分為ZnO、CuO和少量鐵的氧化物)制備活性氧化鋅(ZnO)，同時回收硫酸銨晶體的工藝流程如下：已知：25℃時溶液中金屬離子物質(zhì)的量濃度c與pH的關(guān)系如圖所示；當(dāng)溶液中某離子濃度c≤1.0×10－5mol·L－1時，可認(rèn)為該離子沉淀完全?；卮鹣铝袉栴}：(1)“步驟Ⅰ“加入H2O2后，再將溶液進行加熱，加熱的目的是_________________________________________________________________________________________；該步驟也可以在加入H2O2后選擇合適試劑將pH至少調(diào)至________，以達到相同的目的，可選擇的試劑是________(填字母)。A．氨水 B．氫氧化鈉C．氧化鋅 D．氫氧化鋇(2)“步驟Ⅱ”所加試劑a為________。(3)“步驟Ⅲ”中得到沉淀的化學(xué)式可以表示為aZnCO3·bZn(OH)2，該反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________；實驗時稱取34.9g沉淀充分焙燒，當(dāng)_______________________________________________________________________________________________________________時可認(rèn)為焙燒完全，最終獲得24.3g活性氧化鋅，通過計算確定aZnCO3·bZn(OH)2中a與b之比為__________。(4)由濾液Ⅰ得到硫酸銨晶體的一系列操作為________________________________________。解析：含鋅銅煙塵主要成分為ZnO、CuO和少量鐵的氧化物，預(yù)處理后加入稀硫酸溶解，過濾除去不溶性殘渣后得到含有ZnSO4、CuSO4、FeSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液；向混合溶液中加入H2O2，將Fe2＋氧化為Fe3＋，加熱促進Fe3＋水解使其轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，過濾得到濾渣Ⅰ為Fe(OH)3；向濾液中加入試劑a應(yīng)為Zn，利用Zn的活潑性比Cu強，置換出Cu，過濾除去，濾渣Ⅱ為Cu和過量的Zn；再向所得濾液中加入NH4HCO3，得到aZnCO3·bZn(OH)2沉淀，然后過濾得到沉淀和濾液Ⅰ，將沉淀焙燒得到ZnO；將濾液Ⅰ蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到硫酸銨晶體。(1)“步驟Ⅰ“加入H2O2后，F(xiàn)e2＋被氧化為Fe3＋，再將溶液進行加熱，促進Fe3＋水解使其轉(zhuǎn)化為Fe(