《高中化學(xué)》第8題以工藝流程為主流的無(wú)機(jī)綜合題

第8題以工藝流程為主流的無(wú)機(jī)綜合題復(fù)習(xí)建議：4課時(shí)(題型突破2課時(shí)習(xí)題2課時(shí))1.(2022·全國(guó)甲卷)硫酸鋅(ZnSO4)是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫(yī)學(xué)上有諸多應(yīng)用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備。菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質(zhì)為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下：本題中所涉及離子的氫氧化物溶度積常數(shù)如下表：離子Fe3＋Zn2＋Cu2＋Fe2＋Mg2＋Ksp4.0×10－386.7×10－172.2×10－208.0×10－161.8×10－11回答下列問(wèn)題：(1)菱鋅礦焙燒生成氧化鋅的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________。(2)為了提高鋅的浸取效果，可采取的措施有________________、________________。(3)加入物質(zhì)X調(diào)溶液pH＝5，最適宜使用的X是__________(填標(biāo)號(hào))。A.NH3·H2OB.Ca(OH)2C.NaOH濾渣①的主要成分是________、__________、________。(4)向80～90℃的濾液①中分批加入適量KMnO4溶液充分反應(yīng)后過(guò)濾，濾渣②中有MnO2，該步反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________________________________________________________。(5)濾液②中加入鋅粉的目的是_______________________________________。(6)濾渣④與濃H2SO4反應(yīng)可以釋放HF并循環(huán)利用，同時(shí)得到的副產(chǎn)物是__________、__________。答案(1)ZnCO3eq\o(=,\s\up7(焙燒))ZnO＋CO2↑(2)將焙燒后的產(chǎn)物碾碎，增大接觸面積、增大硫酸的濃度等(3)BFe(OH)3CaSO4SiO2(4)3Fe2＋＋MnOeq\o\al(－,4)＋7H2O=3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋(5)置換Cu2＋為Cu從而除去(6)CaSO4MgSO4解析由題干信息，菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質(zhì)為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物，結(jié)合流程圖分析，菱鋅礦焙燒，主要發(fā)生反應(yīng)：ZnCO3eq\o(=,\s\up7(焙燒))ZnO＋CO2↑，再加入H2SO4酸浸，得到含Zn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋的溶液，加入物質(zhì)X調(diào)節(jié)pH＝5，結(jié)合表格數(shù)據(jù)，過(guò)濾得到濾渣①為Fe(OH)3、CaSO4、SiO2，濾液①中主要含有Zn2＋、Cu2＋、Mg2＋、Ca2＋、Fe2＋，再向?yàn)V液①中加入KMnO4溶液氧化Fe2＋，過(guò)濾得到濾渣②為Fe(OH)3和MnO2，濾液②中加入鋅粉，發(fā)生反應(yīng)Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，過(guò)濾后得到濾渣③為Cu，再向?yàn)V液③中加入HF脫鈣鎂，過(guò)濾得到濾渣④為CaF2、MgF2，濾液④為ZnSO4溶液，經(jīng)一系列處理得到ZnSO4·7H2O，據(jù)此分析解答。(1)焙燒時(shí)，生成ZnO的反應(yīng)為ZnCO3eq\o(=,\s\up7(焙燒))ZnO＋CO2↑。(2)可采用將焙燒后的產(chǎn)物碾碎，增大接觸面積、增大硫酸的濃度等方式提高鋅的浸取率。(3)NH3·H2O易分解產(chǎn)生NH3污染空氣，且經(jīng)濟(jì)成本較高，故A不適宜；Ca(OH)2不會(huì)引入新的雜質(zhì)，且成本較低，故B適宜；NaOH會(huì)引入雜質(zhì)Na＋，且成本較高，C不適宜；當(dāng)沉淀完全時(shí)(離子濃度小于10－5mol·L－1)，結(jié)合表格Ksp計(jì)算各離子完全沉淀時(shí)的pH，pH＜5的只有Fe3＋，故濾渣①中有Fe(OH)3，又因?yàn)镃aSO4是微溶物，SiO2不溶于酸，故濾渣①的主要成分是Fe(OH)3、CaSO4、SiO2。(4)向80～90℃的濾液①中加入KMnO4溶液，可氧化Fe2＋，得到Fe(OH)3和MnO2的濾渣②，反應(yīng)的離子方程式為3Fe2＋＋MnOeq\o\al(－,4)＋7H2O=3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋。(5)濾液②中加入鋅粉，發(fā)生反應(yīng)Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，故加入鋅粉的目的為置換Cu2＋為Cu從而除去。(6)濾渣④為CaF2、MgF2，與濃硫酸反應(yīng)可得到HF，同時(shí)得到的副產(chǎn)物為CaSO4、MgSO4。2.(2022·全國(guó)乙卷)廢舊鉛蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等，為了保護(hù)環(huán)境、充分利用鉛資源，通過(guò)下圖流程實(shí)現(xiàn)鉛的回收。一些難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)如下表：難溶電解質(zhì)PbSO4PbCO3BaSO4BaCO3Ksp2.5×10－87.4×10－141.1×10－102.6×10－9一定條件下，一些金屬氫氧化物沉淀時(shí)的pH如下表：金屬氫氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Pb(OH)2開始沉淀的pH2.36.83.57.2完全沉淀的pH3.28.34.69.1回答下列問(wèn)題：(1)在“脫硫”中PbSO4轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________________________，用沉淀溶解平衡原理解釋選擇Na2CO3的原因：_________________________________________________________________。(2)在“脫硫”中，加入Na2CO3不能使鉛膏中BaSO4完全轉(zhuǎn)化，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，還要加入H2O2。(ⅰ)能被H2O2氧化的離子是______________________________________；(ⅱ)H2O2促進(jìn)了金屬Pb在醋酸中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，其化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________；(ⅲ)H2O2也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，H2O2的作用是_________________________________________________________________。(4)“酸浸”后溶液的pH約為4.9，濾渣的主要成分是__________。(5)“沉鉛”的濾液中，金屬離子有________。答案(1)PbSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)=PbCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)反應(yīng)PbSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)PbCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)的平衡常數(shù)K＝eq\f(c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(c（Pb2＋）·c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（Pb2＋）·c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(Ksp（PbSO4）,Ksp（PbCO3）)≈3.4×105>105，PbSO4可以比較徹底的轉(zhuǎn)化為PbCO3(2)反應(yīng)BaSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)BaCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)的平衡常數(shù)K＝eq\f(c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(c（Ba2＋）·c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（Ba2＋）·c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(Ksp（BaSO4）,Ksp（BaCO3）)≈0.04105，反應(yīng)正向進(jìn)行的程度有限(3)(ⅰ)Fe2＋(ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc=Pb(Ac)2＋2H2O(ⅲ)作還原劑(4)Fe(OH)3、Al(OH)3(5)Ba2＋、Na＋解析向鉛膏中加入碳酸鈉溶液進(jìn)行脫硫便于后續(xù)的酸浸，硫酸鉛轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，過(guò)濾，向所得固體中加入醋酸、過(guò)氧化氫進(jìn)行酸浸，過(guò)氧化氫可將溶液中的亞鐵離子氧化為鐵離子，酸浸后溶液的pH約為4.9，依據(jù)金屬氫氧化物沉淀時(shí)的pH可知，濾渣主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵，過(guò)濾后，向?yàn)V液中加入氫氧化鈉溶液進(jìn)行沉鉛，得到氫氧化鉛沉淀，濾液中的金屬陽(yáng)離子主要為鈉離子和鋇離子，氫氧化鉛再進(jìn)行處理得到PbO。(1)“脫硫”中，碳酸鈉溶液與硫酸鉛反應(yīng)生成碳酸鉛和硫酸鈉，反應(yīng)的離子方程式為PbSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)=PbCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)，Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14，Ksp(PbSO4)＝2.5×10－8，反應(yīng)PbSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)PbCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)的平衡常數(shù)K＝eq\f(c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(c（Pb2＋）·c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（Pb2＋）·c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(Ksp（PbSO4）,Ksp（PbCO3）)＝eq\f(2.5×10－8,7.4×10－14)≈3.4×105>105，說(shuō)明反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化的比較徹底，且轉(zhuǎn)化后生成的碳酸鉛可由酸浸進(jìn)入溶液中，減少鉛的損失。(2)反應(yīng)BaSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)BaCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)的平衡常數(shù)K＝eq\f(c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(c（Ba2＋）·c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（Ba2＋）·c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(Ksp（BaSO4）,Ksp（BaCO3）)＝eq\f(1.1×10－10,2.6×10－9)≈0.04105，說(shuō)明該反應(yīng)正向進(jìn)行的程度有限，因此加入碳酸鈉不能使鉛膏中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化。(3)(ⅰ)過(guò)氧化氫有氧化性，亞鐵離子有還原性，會(huì)被過(guò)氧化氫氧化為鐵離子。(ⅱ)過(guò)氧化氫促進(jìn)金屬Pb在醋酸溶液中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，過(guò)氧化氫與Pb、HAc發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Pb(Ac)2和H2O，依據(jù)得失電子守恒和原子守恒可知，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Pb＋H2O2＋2HAc=Pb(Ac)2＋2H2O。(ⅲ)過(guò)氧化氫也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，鉛元素化合價(jià)由＋4價(jià)降低到＋2價(jià)，PbO2是氧化劑，則過(guò)氧化氫是還原劑。(4)酸浸后溶液的pH約為4.9，依據(jù)金屬氫氧化物沉淀時(shí)的pH可知，濾渣的主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵。(5)加入碳酸鈉不能使鉛膏中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為了氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，鉛轉(zhuǎn)化為了氫氧化鉛，最終轉(zhuǎn)化為了氧化鉛，因此沉鉛的濾液中，金屬離子有Ba2＋和加入碳酸鈉、氫氧化鈉時(shí)引入的Na＋。3.(2021·全國(guó)甲卷)碘(紫黑色固體，微溶于水)及其化合物廣泛用于醫(yī)藥、染料等方面?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)I2的一種制備方法如下圖所示：①加入Fe粉進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________________________，生成的沉淀與硝酸反應(yīng)，生成________后可循環(huán)使用。②通入Cl2的過(guò)程中，若氧化產(chǎn)物只有一種，反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________；若反應(yīng)物用量比n(Cl2)/n(FeI2)＝1.5時(shí)，氧化產(chǎn)物為________；當(dāng)n(Cl2)/n(FeI2)>1.5后，單質(zhì)碘的收率會(huì)降低，原因是___________________________________________________________________________________________________。(2)以NaIO3為原料制備I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入計(jì)量的NaHSO3，生成碘化物；再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反應(yīng)得到I2。上述制備I2的總反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________________。(3)KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2，若生成1molI2，消耗的KI至少為________mol。I2在KI溶液中可發(fā)生反應(yīng)：I2＋I(xiàn)－Ieq\o\al(－,3)。實(shí)驗(yàn)室中使用過(guò)量的KI與CuSO4溶液反應(yīng)后，過(guò)濾，濾液經(jīng)水蒸氣蒸餾可制得高純碘。反應(yīng)中加入過(guò)量KI的原因是______________________________________________________________________________________________________。答案(1)①2AgI＋Fe=2Ag＋Fe2＋＋2I－AgNO3②FeI2＋Cl2=I2＋FeCl2I2、FeCl3I2被進(jìn)一步氧化(2)2IOeq\o\al(－,3)＋5HSOeq\o\al(－,3)=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋H2O＋3H＋(3)4防止單質(zhì)碘析出解析(1)①由流程分析可知，加入Fe粉進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式是2AgI＋Fe=2Ag＋Fe2＋＋2I－；生成的沉淀為Ag，Ag與HNO3反應(yīng)生成AgNO3，AgNO3可以循環(huán)使用。②由于還原性：I－>Fe2＋，故通入Cl2的過(guò)程中，若氧化產(chǎn)物只有一種，該產(chǎn)物應(yīng)是I2，此時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式是FeI2＋Cl2=I2＋FeCl2；若eq\f(n（Cl2）,n（FeI2）)＝1.5，正好將Fe2＋氧化為Fe3＋，反應(yīng)的化學(xué)方程式是2FeI2＋3Cl2=2FeCl3＋2I2；當(dāng)eq\f(n（Cl2）,n（FeI2）)＞1.5后，單質(zhì)I2的收率會(huì)降低，說(shuō)明Cl2可以進(jìn)一步將I2氧化為高價(jià)態(tài)的碘的化合物。(2)NaIO3具有氧化性，NaHSO3具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaI和Na2SO4，反應(yīng)的離子方程式是IOeq\o\al(－,3)＋3HSOeq\o\al(－,3)=3SOeq\o\al(2－,4)＋I(xiàn)－＋3H＋；NaI和NaIO3在酸性條件下，繼續(xù)發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成I2，反應(yīng)的離子方程式是5I－＋I(xiàn)Oeq\o\al(－,3)＋6H＋=3I2＋3H2O，故制備I2的總反應(yīng)的離子方程式是2IOeq\o\al(－,3)＋5HSOeq\o\al(－,3)=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋H2O＋3H＋。(3)由題給信息可推斷出CuSO4和KI發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2CuSO4＋4KI=2CuI↓＋I(xiàn)2＋2K2SO4，故若生成1molI2，消耗的KI至少為4mol；Ieq\o\al(－,3)的生成增大了I2在水中的溶解度，反應(yīng)中加入過(guò)量的KI可以防止單質(zhì)碘析出。4.(2021·全國(guó)乙卷)磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過(guò)如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。該工藝條件下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表：金屬離子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋開始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH3.24.711.113.8回答下列問(wèn)題：(1)“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應(yīng)，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽。寫出Al2O3轉(zhuǎn)化為NH4Al(SO4)2的化學(xué)方程式：__________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時(shí)用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是________________。(3)“母液①”中Mg2＋濃度為________mol·L－1。(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”，最適合的酸是________。“酸溶渣”的成分是__________、________。(5)“酸溶”后，將溶液適當(dāng)稀釋并加熱，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是____________________________________________________________________________________________________________。(6)將“母液①”和“母液②”混合，吸收尾氣，經(jīng)處理得________，循環(huán)利用。答案(1)Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(高溫))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋(3)1.0×10－6(4)硫酸SiO2CaSO4(5)TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋(6)(NH4)2SO4解析(1)“焙燒”中，Al2O3和(NH4)2SO4反應(yīng)生成NH4Al(SO4)2，同時(shí)放出NH3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(高溫))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)由題表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋完全沉淀時(shí)的pH分別為3.2、4.7、11.1可知，用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6的過(guò)程中，依次析出的金屬離子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。(3)依據(jù)Mg2＋完全沉淀時(shí)的pH＝11.1，可知此時(shí)c(OH－)＝10－2.9mol·L－1，此時(shí)c(Mg2＋)＝10－5mol·L－1，則Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝10－10.8，用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6時(shí)，c(OH－)＝10－2.4mol·L－1，則c(Mg2＋)＝eq\f(Ksp[Mg（OH）2],c2（OH－）)＝10－6mol·L－1。(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”，為了盡可能減少酸溶液的揮發(fā)而造成不必要的損失且保證TiO2可以完全溶解，故最好選擇硫酸；SiO2不溶于硫酸，“焙燒”生成CaSO4固體，故“酸溶”后所得“酸溶渣”的成分為SiO2、CaSO4。(5)由題意知，TiO2＋水解生成TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式為TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)母液①的主要成分為硫酸銨和氨水，母液②的主要成分為硫酸，混合后吸收尾氣NH3，經(jīng)處理可得到(NH4)2SO4，循環(huán)利用。考情預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)2023年高考仍會(huì)以元素化合物知識(shí)為載體，圍繞原料的預(yù)處理，考查影響速率的因素；圍繞經(jīng)濟(jì)原則考查循環(huán)利用；圍繞產(chǎn)品純度考查物質(zhì)的分離提純(調(diào)pH、結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌)；圍繞核心反應(yīng)或副反應(yīng)考查物質(zhì)變化及定量關(guān)系；陌生方程式的書寫與含量計(jì)算是化工流程題的重要組成部分，也是學(xué)生失分較多的能力點(diǎn)，復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)加以重視！智能點(diǎn)一流程圖中物質(zhì)的處理、轉(zhuǎn)化與跟蹤1.原料的預(yù)處理方法目的解題指導(dǎo)粉碎、研磨將塊狀或顆粒狀的物質(zhì)磨成粉末增大反應(yīng)物接觸面積，以加快反應(yīng)速率或使反應(yīng)更充分，也是提高“浸出率”的方法之一浸取水浸與水接觸反應(yīng)或溶解(1)加熱、攪拌、適當(dāng)提高酸(或堿)濃度，可以加快浸出速率；增加浸出時(shí)間可使樣品充分溶解，可提高浸出率(2)酸溶時(shí)所加酸的量不能太多①過(guò)量的酸多消耗后續(xù)調(diào)節(jié)pH所加的堿性試劑②如果實(shí)驗(yàn)過(guò)程有硫化物，酸過(guò)量會(huì)形成有毒氣體硫化氫酸浸與酸接觸反應(yīng)或溶解，使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過(guò)過(guò)濾除去堿浸除去油污，溶解酸性氧化物、鋁及其氧化物灼燒(焙燒)1.除去可燃性雜質(zhì)2.使原料初步轉(zhuǎn)化①除去硫、碳單質(zhì)②使有機(jī)物轉(zhuǎn)化或除去有機(jī)物③高溫下原料與空氣中氧氣反應(yīng)等④使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土[微練1]鐵紅(Fe2O3)常用于油漆、油墨及橡膠工業(yè)。工業(yè)上以一定質(zhì)量的硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3、Fe3O4，另含少量難溶雜質(zhì))為主要原料制備鐵紅的一種工藝流程如下：已知：某些過(guò)渡元素(如Cu、Fe、Ag等)的離子能與NH3、H2O、OH－、SCN－等形成可溶性配合物。(1)工業(yè)常將硫鐵礦燒渣經(jīng)過(guò)粉碎后再進(jìn)行“酸浸”，其目的是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)“酸浸”時(shí)加入的硫酸不宜過(guò)量太多的原因是_________________________________________________________________。答案(1)增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高燒渣浸出率(2)過(guò)量酸會(huì)增加沉淀過(guò)程中氨水的用量2.物質(zhì)成分的跟蹤與確定(1)濾渣的確定(2)副產(chǎn)品的確定(3)循環(huán)物質(zhì)的確定[微練2](2021·廣東卷改編)對(duì)廢催化劑進(jìn)行回收可有效利用金屬資源。某廢催化劑主要含鋁(Al)、鉬(Mo)、鎳(Ni)等元素的氧化物，一種回收利用工藝的部分流程如下：已知：25℃時(shí)，H2CO3的Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11；Ksp(BaMoO4)＝3.5×10－8；該工藝中，pH>6.0時(shí)，溶液中Mo元素以MoOeq\o\al(2－,4)的形態(tài)存在。(1)“水浸”中，形成的Ni(正三價(jià))固體為________。(2)“沉鋁”中，生成的沉淀X為________。(3)“沉鉬”中，pH為7.0，生成的含Mo固體為________。(4)①濾液Ⅲ中，主要存在的鈉鹽有NaCl和Y，往濾液Ⅲ中添加適量NaCl固體后，通入足量氨氣，再通入足量CO2，可析出Y，Y是________。答案(1)Ni2O3(2)Al(OH)3(3)BaMoO4(4)NaHCO3智能點(diǎn)二流程中的操作及條件控制1.物質(zhì)的分離與提純操作目的答題指導(dǎo)過(guò)濾固體與液體的分離；要分清楚需要的物質(zhì)在濾液中還是在濾渣中。濾渣是難溶的物質(zhì)，如SiO2、PbSO4、難溶的金屬氫氧化物和碳酸鹽等萃取與分液選用合適的萃取劑(如四氯化碳、金屬萃取劑)，萃取后，靜置、分液——將分液漏斗玻璃塞的凹槽與分液漏斗口的小孔對(duì)準(zhǔn)。下層液體從下口放出，上層液體從上口倒出加入氧化劑(或還原劑)①轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的價(jià)態(tài)②除去雜質(zhì)離子(如把Fe2＋氧化成Fe3＋，而后調(diào)溶液的pH，使其轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去)加入沉淀劑①生成硫化物沉淀(如加入硫化鈉、硫化銨、硫化亞鐵等)②加入可溶性碳酸鹽，生成碳酸鹽沉淀③加入氟化鈉，除去Ca2＋、Mg2＋洗滌晶體洗滌試劑適用范圍目的蒸餾水冷水產(chǎn)物不溶于水除去固體表面吸附著的××雜質(zhì)；可適當(dāng)降低固體因?yàn)槿芙舛斐傻膿p失熱水有特殊的物質(zhì)其溶解度隨著溫度升高而下降除去固體表面吸附著的××雜質(zhì)；可適當(dāng)降低固體因?yàn)闇囟茸兓芙舛斐傻膿p失有機(jī)溶劑(酒精、丙酮等)固體易溶于水、難溶于有機(jī)溶劑減少固體溶解；利用有機(jī)溶劑的揮發(fā)性除去固體表面的水分，產(chǎn)品易干燥飽和溶液對(duì)純度要求不高的產(chǎn)品減少固體溶解酸、堿溶液產(chǎn)物不溶于酸、堿除去固體表面吸附著的可溶于酸、堿的雜質(zhì)；減少固體溶解洗滌沉淀方法：向過(guò)濾器中加入蒸餾水至浸沒(méi)沉淀，待水自然流下后，重復(fù)以上操作2～3次[微練3](2021·浙江1月選考)某興趣小組用鉻鐵礦[Fe(CrO2)2]制備K2Cr2O7晶體，流程如下：已知：4Fe(CrO2)2＋10Na2CO3＋7O2eq\o(=,\s\up7(高溫))8Na2CrO4＋4NaFeO2＋10CO2、2H＋＋2CrOeq\o\al(2－,4)Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O相關(guān)物質(zhì)的溶解度隨溫度變化如下圖。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)下列說(shuō)法正確的是________(填字母)。A.步驟Ⅱ，低溫可提高浸取率B.步驟Ⅱ，過(guò)濾可除去NaFeO2水解產(chǎn)生的Fe(OH)3C.步驟Ⅲ，酸化的目的主要是使Na2CrO4轉(zhuǎn)變?yōu)镹a2Cr2O7D.步驟Ⅳ，所得濾渣的主要成分是Na2SO4和Na2CO3(2)步驟Ⅴ，重結(jié)晶前，為了得到雜質(zhì)較少的K2Cr2O7粗產(chǎn)品，從下列選項(xiàng)中選出合理的操作(操作不能重復(fù)使用)并排序：溶解KCl→(____)→(____)→(____)→(____)→重結(jié)晶。a.50℃蒸發(fā)溶劑b.100℃蒸發(fā)溶劑c.抽濾d.冷卻至室溫e.蒸發(fā)至溶液出現(xiàn)晶膜，停止加熱f.蒸發(fā)至溶液中出現(xiàn)大量晶體，停止加熱答案(1)BC(2)aedc解析(1)A.根據(jù)溶解度隨溫度變化的關(guān)系，Na2CrO4在低溫時(shí)溶解度小，低溫不能提高其浸取率，A錯(cuò)誤；B.NaFeO2水解反應(yīng)為：NaFeO2＋2H2O=NaOH＋Fe(OH)3，因此過(guò)濾可除去NaFeO2水解生成的Fe(OH)3，B正確；C.加硫酸酸化時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)為：2H＋＋2CrOeq\o\al(2－,4)Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O，C正確；D.步驟Ⅲ中，酸化時(shí)會(huì)使過(guò)量的Na2CO3反應(yīng)生成Na2SO4，因此步驟Ⅳ中所得濾渣的主要成分是Na2SO4，D錯(cuò)誤。(2)蒸發(fā)溶劑時(shí)應(yīng)選擇50℃而不是100℃，因?yàn)?0℃時(shí)K2Cr2O7的溶解度小于Na2Cr2O7和KCl的溶解度，有利于Na2Cr2O7轉(zhuǎn)化為K2Cr2O7，在蒸發(fā)至出現(xiàn)晶膜時(shí)停止加熱后，應(yīng)冷卻至室溫，然后抽濾，操作的正操順序?yàn)閍edc。2.常見的流程中的條件控制條件控制答題指導(dǎo)控制溶液的pH①調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，使金屬離子形成氫氧化物沉淀析出(或抑制水解)②“酸作用”還可除去氧化物(膜)③“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等④特定的氧化還原反應(yīng)需要的酸性條件(或堿性條件)控制溫度(常用水浴、冰水浴或油浴)①防止副反應(yīng)的發(fā)生②使化學(xué)平衡移動(dòng)；控制化學(xué)反應(yīng)的方向③控制固體的溶解與結(jié)晶④控制反應(yīng)速率；使催化劑達(dá)到最大活性⑤升溫：促進(jìn)溶液中的氣體逸出，使某物質(zhì)達(dá)到沸點(diǎn)揮發(fā)⑥加熱煮沸：促進(jìn)水解，聚沉后利于過(guò)濾分離⑦趁熱過(guò)濾：減少因降溫而析出的溶質(zhì)的量⑧降溫：防止物質(zhì)高溫分解或揮發(fā)；降溫(或減壓)可以減少能源成本，降低對(duì)設(shè)備的要求[微練4](2020·全國(guó)卷Ⅰ)釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以＋3、＋4、＋5價(jià)的化合物存在，還包括鉀、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(wèn)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(shí)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)“調(diào)pH”中有沉淀生成，生成沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時(shí)，需要加入過(guò)量NH4Cl，其原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)加快酸浸和氧化反應(yīng)速率(促進(jìn)氧化完全)(2)Fe2＋VO＋＋MnO2＋2H＋=VOeq\o\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O(3)NaAl(OH)4＋HCl=Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O(4)利用同離子效應(yīng)，促進(jìn)NH4VO3盡可能析出完全解析(1)“酸浸氧化”中溫度較低時(shí)，酸浸和氧化反應(yīng)速率較慢。為了加快酸浸和氧化反應(yīng)速率，需要加熱。(2)從原料看，“酸浸氧化”中四氧化三鐵溶于稀硫酸，發(fā)生反應(yīng)Fe3O4＋4H2SO4=FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O，加入的二氧化錳除氧化VO＋和VO2＋外，還氧化Fe2＋。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)pH＝8.5時(shí)鋁元素沉淀，故“調(diào)pH”時(shí)生成氫氧化鋁沉淀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaAl(OH)4＋HCl=Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O。(4)“沉釩”時(shí)要使NH4VO3盡可能析出完全，利用同離子效應(yīng)，加入過(guò)量NH4Cl可達(dá)到此目的?！緞?chuàng)新微點(diǎn)】1.反萃取原理反萃取是利用反萃取劑使被萃取物從負(fù)載有機(jī)相返回水相的過(guò)程，為萃取的逆過(guò)程。反萃取劑主要起破壞有機(jī)相中被萃組分結(jié)構(gòu)的作用，使被萃組分生成易溶于水的化合物，或生成既不溶于水也不溶于有機(jī)相的沉淀。經(jīng)過(guò)反萃取及所得反萃液經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理后，便得到被分離物的成品。反萃后經(jīng)洗滌不含或少含萃合物的有機(jī)相稱再生有機(jī)相，繼續(xù)循環(huán)使用。[微練5](2022·衡陽(yáng)聯(lián)考)二氧化鈰(CeO2)是重要的稀土氧化物。以氟碳鈰礦(主要含CeFCO3)為原料制備CeO2的一種工藝流程如下：已知：①CeO2具有較強(qiáng)的氧化性，難溶于一般的酸或堿。②F－能和很多金屬離子形成較為穩(wěn)定的配合物，如Ce4＋能與F－結(jié)合成CeF3＋，Al3＋也能與F－結(jié)合成AlFeq\o\al(3－,6)；它的這種性質(zhì)有利于酸浸步驟，卻不利于后續(xù)的沉淀步驟。③Ce4＋能被萃取劑TBP萃取，而Ce3＋不能?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)TBP是一種有機(jī)萃取劑，“萃取”時(shí)存在反應(yīng)CeF3＋＋TBPCeTBP4＋＋F－，氟洗液中添加Al3＋的作用是____________________________________。(2)“反萃取”步驟中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________________________。答案(1)Al3＋能與F－結(jié)合成AlFeq\o\al(3－,6)，使萃取平衡正向移動(dòng)(4)2CeTBP4＋＋H2O22Ce3＋＋O2↑＋2H＋＋2TBP2.陌生圖像中條件的選擇與控制條件控制是化學(xué)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中的重要手段，通過(guò)控制條件使反應(yīng)向著實(shí)際需要的方向進(jìn)行和轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間的分離和提純，通過(guò)圖像選擇合適條件是工藝流程題的常見出題形式，在選擇復(fù)合條件時(shí)，注意綜合坐標(biāo)的含義，以及該條件與分離、提純或制備的關(guān)系。[微練6](1)Fe3＋的萃取率與溶液的pH和接觸時(shí)間之間的關(guān)系如圖，據(jù)此分析，萃取的最佳條件為____________________________________________。(2)“電解”工藝制鋅時(shí)Zn2＋利用率較低，廢液中有大量的Zn2＋殘留。某化工廠擬采用改變酸鋅比凈化廢液的方式來(lái)提高原料的利用率，降低成本。下圖是工業(yè)生產(chǎn)中不同酸鋅比時(shí)凈化液利用率對(duì)電解時(shí)直流電耗能影響關(guān)系圖。根據(jù)下圖分析，該工廠凈化廢液時(shí)的最佳酸鋅比為________(填寫序號(hào))。A.5∶1B.6∶1C.7∶1D.10∶1答案(1)pH＝1.7下萃取60min(2)C【題型建模】化工流程題中的“流程分析”結(jié)構(gòu)圖解流程框圖(2021·湖南卷)Ce2(CO3)3可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨(dú)居石中，鈰(Ce)主要以CePO4形式存在，還含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物質(zhì)。以獨(dú)居石為原料制備Ce2(CO3)3·nH2O的工藝流程如下：?jiǎn)栴}設(shè)計(jì)(1)鈰的某種核素含有58個(gè)質(zhì)子和80個(gè)中子，該核素的符號(hào)為________；(2)為提高“水浸”效率，可采取的措施有________(至少寫兩條)；(3)濾渣Ⅲ的主要成分是________(填化學(xué)式)；(4)加入絮凝劑的目的是________；(5)“沉鈰”過(guò)程中，生成Ce2(CO3)3·nH2O的離子方程式為________________________________________________________________________________________________，常溫下加入的NH4HCO3溶液呈________(填“酸性”“堿性”或“中性”)(已知：NH3·H2O的Kb＝1.75×10－5，H2CO3的Ka1＝4.4×10－7，Ka2＝4.7×10－11)；(6)濾渣Ⅱ的主要成分為FePO4，在高溫條件下，Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制備電極材料LiFePO4，同時(shí)生成CO和H2O，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________。解題建模1.挖掘題干信息，分析原材料，確定主要成分及所含雜質(zhì)。2.原材料預(yù)處理，通過(guò)酸浸和堿浸等手段，完成初步分離。3.分析核心反應(yīng)，通過(guò)氧化、中和及離子交換等手段完成主要物質(zhì)到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。4.產(chǎn)品的分離與提純及含量測(cè)定，通過(guò)沉淀、結(jié)晶及煅燒等手段，得到粗品，通過(guò)滴定等定量過(guò)程，完成含量測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)答案(1)eq\o\al(138,58)Ce(2)攪拌、適當(dāng)升高溫度(合理即可)(3)Al(OH)3(4)促進(jìn)Al(OH)3膠體聚沉，便于分離(5)2Ce3＋＋6HCOeq\o\al(－,3)＋(n－3)H2O=Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑堿性(6)6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O6eq\o(=,\s\up7(高溫))6LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑【分點(diǎn)突破】微題型1以工業(yè)廢料及礦物為原料通過(guò)分離、提純制備物質(zhì)類工藝流程題(主)[精練1](2022·遼寧卷)某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質(zhì))與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯(lián)合焙燒法制備BiOCl和MnSO4，工藝流程如下：已知：①焙燒時(shí)過(guò)量的MnO2分解為Mn2O3，F(xiàn)eS2轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3；②金屬活動(dòng)性：Fe>(H)>Bi>Cu；③相關(guān)金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下：開始沉淀pH完全沉淀pHFe2＋6.58.3Fe3＋1.62.8Mn2＋8.110.1回答下列問(wèn)題：(1)為提高焙燒效率，可采取的措施為________。a.進(jìn)一步粉碎礦石b.鼓入適當(dāng)過(guò)量的空氣c.降低焙燒溫度(2)Bi2S3在空氣中單獨(dú)焙燒生成Bi2O3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)“酸浸”中過(guò)量濃鹽酸的作用為：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②_________________________________________________________________。(4)濾渣的主要成分為________(填化學(xué)式)。(5)生成氣體A的離子方程式為_____________________________________________________________________________________________________。(6)加入金屬Bi的目的是____________________________________________。答案(1)ab(2)2Bi2S3＋9O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Bi2O3＋6SO2(3)抑制金屬離子水解(4)SiO2(5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－=2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O(6)將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋解析聯(lián)合焙燒：由已知信息①和第(2)問(wèn)題干可知，發(fā)生轉(zhuǎn)化：Bi2S3→Bi2O3＋SO2、FeS2→Fe2O3＋SO2、MnO2→Mn2O3＋MnSO4，故聯(lián)合焙燒后得到Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3、MnSO4和SiO2；水浸：MnSO4進(jìn)入濾液，濾渣為Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3和SiO2；酸浸：加入過(guò)量濃鹽酸后，Bi2O3和Fe2O3發(fā)生轉(zhuǎn)化：Bi2O3→Bi3＋、Fe2O3→Fe3＋，因Mn2O3有氧化性，會(huì)與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－=2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O，氣體A為Cl2，濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2，濾液中金屬離子為Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋；第(4)(5)問(wèn)轉(zhuǎn)化：由已知信息②知，F(xiàn)e的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于Bi，且調(diào)pH＝2.6時(shí)Mn2＋和Fe2＋進(jìn)入濾液，可知加入金屬Bi的目的是將Fe3＋還原為Fe2＋。(1)a.聯(lián)合焙燒時(shí)，進(jìn)一步粉碎礦石，可以增大礦石與空氣的接觸面積，能夠提高焙燒效率，選項(xiàng)a符合題意；b.鼓入適當(dāng)過(guò)量的空氣有利于礦石充分反應(yīng)，選項(xiàng)b符合題意；c.降低焙燒溫度，反應(yīng)速率減慢，不利于提高焙燒效率，選項(xiàng)c不符合題意。(2)Bi2S3在空氣中單獨(dú)焙燒生成Bi2O3，根據(jù)原子守恒可知還應(yīng)生成SO2，結(jié)合得失電子守恒，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Bi2S3＋9O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Bi2O3＋6SO2；(3)加入濃鹽酸后，溶液中含有的離子主要為Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋、H＋、Cl－，而酸浸后取濾液進(jìn)行轉(zhuǎn)化，故要防止金屬離子水解生成沉淀，進(jìn)入濾渣，造成制得的BiOCl產(chǎn)率偏低；(4)濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2，答案為SiO2；(5)因Mn2O3有氧化性，會(huì)與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－=2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O；(6)由已知信息③知，調(diào)pH＝2.6時(shí)，F(xiàn)e3＋會(huì)水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋還沒(méi)開始沉淀，故要將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，在調(diào)pH后獲得含F(xiàn)eCl2的濾液，為了不引入新的雜質(zhì)，加入Bi作還原劑。[精練2](2022·沈陽(yáng)質(zhì)監(jiān))鎳及其化合物在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，工業(yè)上用紅土鎳礦[主要成分為Mg3Si2O5(OH)4、Fe2MgO4、NiO、FeO、Fe2O3]為原料，采用硫酸銨焙燒法選擇性提取鎳并回收副產(chǎn)物黃銨鐵礬[化學(xué)式可表示為(NH4)xFey(SO4)z(OH)w，摩爾質(zhì)量為480g·mol－1]的工藝流程如圖所示：已知：①2[Mg3Si2O5(OH)4]＋9(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(焙燒))3(NH4)2Mg2(SO4)3＋12NH3↑＋4SiO2＋10H2O↑②2Fe2MgO4＋15(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(焙燒))(NH4)2Mg2(SO4)3＋16NH3↑＋4(NH4)3Fe(SO4)3＋8H2O↑③常溫下，NiSO4易溶于水，NiOOH不溶于水(1)除鐵時(shí)加入的H2O2的用量高于理論用量的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________(寫兩條)。(2)經(jīng)分析礦樣中大部分鐵仍以氧化物形式存在于“浸渣”中，只有部分FeO在空氣中焙燒時(shí)與(NH4)2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________。“浸渣”的主要成分除含有鐵元素的化合物外還有________(填化學(xué)式)。(3)若殘留在浸出液中的鐵完全轉(zhuǎn)化為黃銨鐵釩除去，“除鐵”時(shí)通入NH3調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是________。該工藝條件下，Ni2＋生成Ni(OH)2沉淀，F(xiàn)e3＋生成Fe(OH)3或黃銨鐵礬沉淀，開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH如表：沉淀物Ni(OH)2Fe(OH)3黃銨鐵釩開始沉淀時(shí)的pH7.12.71.3沉淀完全(c＝1×10－5mol·L－1)時(shí)的pH9.23.72.3(4)“沉鎳”時(shí)pH調(diào)為9.0，濾液中Ni2＋濃度約為________mol·L－1(100.4≈2.5)。(5)由所得濾液獲得穩(wěn)定的MgSO4·7H2O的操作依次是________、過(guò)濾、洗滌、干燥。(6)對(duì)黃銨鐵礬進(jìn)行熱分解實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果如圖所示，則黃銨鐵釩的化學(xué)式為________。(已知：黃銨鐵礬在300℃前分解釋放的物質(zhì)為H2O，300～575℃之間只有NH3和H2O放出，此時(shí)殘留固體只存在Fe、O、S三種元素，670℃以上得到的是純凈的紅棕色粉末)答案(1)過(guò)氧化氫不穩(wěn)定，受熱易分解；過(guò)氧化氫在Fe3＋催化下分解(2)4FeO＋O2＋6(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe2(SO4)3＋12NH3↑＋6H2O↑SiO2(3)2.3～2.7(4)2.5×10－5或10－4.6(5)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶(6)NH4Fe3(SO4)2(OH)6解析(2)由題意知，F(xiàn)eO在空氣中焙燒時(shí)與O2、(NH4)2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3、NH3和H2O。由礦樣的成分和流程圖知，“浸渣”中還有SiO2。(3)要使殘留在浸出液中的鐵完全轉(zhuǎn)化為黃銨鐵礬除去，F(xiàn)e3＋、Ni2＋不能生成氫氧化物沉淀，則應(yīng)調(diào)節(jié)的pH范圍為2.3～2.7。(4)由鎳離子沉淀完全時(shí)的pH為9.2知，Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝10－5×(10－4.8)2＝10－14.6，則當(dāng)pH為9.0即c(OH－)＝10－5mol·L－1時(shí)，c(Ni2＋)＝eq\f(Ksp[Ni（OH）2],c2（OH－）)＝eq\f(10－14.6,（10－5）2)mol·L－1＝10－4.6mol·L－1＝100.4×10－5mol·L－1＝2.5×10－5mol·L－1。(6)已知(NH4)xFey(SO4)z(OH)w摩爾質(zhì)量為480g·mol－1，可設(shè)進(jìn)行熱分解實(shí)驗(yàn)的(NH4)xFey(SO4)z(OH)w為1mol，即480g，根據(jù)元素守恒知，670℃以上得到的純凈的紅棕色粉末為Fe2O3，由圖可知，其物質(zhì)的量為eq\f(240g,160g·mol－1)＝1.5mol，則y＝1.5×2＝3；由已知信息可知，固體質(zhì)量由400g減少為240g時(shí)，減少的為SO3的質(zhì)量，其物質(zhì)的量為eq\f(160g,80g·mol－1)＝2mol，則z＝2；由化合物中各元素正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0可得(＋1)×x＋3×(＋3)＋2×(－2)＋w×(－1)＝0，原始固體質(zhì)量為480g，即18x＋3×56＋2×96＋17w＝480，兩式聯(lián)立解得x＝1，w＝6，故該物質(zhì)的化學(xué)式為NH4Fe3(SO4)2(OH)6。[精練3](2022·河南名校適應(yīng)性測(cè)試)我國(guó)科學(xué)家利用一種廉價(jià)、高效的鈰基催化劑，解決了在室溫下把甲烷一步轉(zhuǎn)化為液態(tài)產(chǎn)品的科學(xué)難題。二氧化鈰是常用的催化劑，以氟碳鈰礦(主要成分為CeFCO3)制備CeO2的工藝流程如圖所示：已知：CeO2難溶于稀鹽酸，可溶于濃鹽酸；Ce2O3可溶于稀鹽酸。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)CeFCO3中鈰的化合價(jià)為________；將氟碳鈰礦研磨成精礦的目的是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)碳酸氫鈉在270℃時(shí)可完全分解。500℃時(shí)在空氣中焙燒，CeFCO3與Na2CO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CeO2與Ce2O3(2∶1)、NaF及一種氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)焙燒后對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行水洗，水洗液不宜使用玻璃容器盛裝的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)工業(yè)生產(chǎn)中，不僅要考慮目標(biāo)產(chǎn)物的含量，還要綜合考慮生產(chǎn)過(guò)程中的時(shí)間效率。酸浸時(shí)，CeO2含量隨鹽酸濃度、酸浸溫度的變化曲線如圖所示，則最適宜的鹽酸濃度和酸浸溫度為________；當(dāng)溫度升高到一定程度后，CeO2含量隨溫度升高而減小，其原因可能是____________________________________________________________________________________________________________。(5)室溫下，向酸浸液中加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH使Ce3＋沉淀完全(通常認(rèn)為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10－5mol·L－1時(shí)，沉淀就達(dá)完全)，則應(yīng)調(diào)節(jié)pH大于________(Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20)。(6)為測(cè)定酸浸液中CeCl3的濃度，現(xiàn)量取酸浸液V1mL，加入過(guò)量過(guò)硫酸銨溶液將Ce3＋氧化為Ce4＋，加熱煮沸2min，然后用cmol/L(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，測(cè)得終點(diǎn)時(shí)消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液V2mL，則CeCl3的濃度為________mol·L－1(已知：過(guò)硫酸銨具有強(qiáng)氧化性，受熱易分解；Fe2＋＋Ce4＋=Ce3＋＋Fe3＋)。若上述過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行煮沸操作，則測(cè)定結(jié)果將會(huì)________(填“偏大”“偏小”或“無(wú)影響”)。答案(1)＋3增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率(2)8CeFCO3＋O2＋4Na2CO3eq\o(=,\s\up7(500℃))4CeO2＋2Ce2O3＋8NaF＋12CO2(3)NaF水溶液中F－發(fā)生水解反應(yīng)生成HF，會(huì)腐蝕玻璃容器(4)3mol/L，45℃溫度過(guò)高，加快鹽酸揮發(fā)，鹽酸濃度降低較快，浸出率降低(5)9(6)eq\f(cV2,V1)偏大解析焙燒時(shí)加入碳酸氫鈉分解得到碳酸鈉，CeFCO3與Na2CO3反應(yīng)的化學(xué)方程式為8CeFCO3＋O2＋4Na2CO3eq\o(=,\s\up7(500℃))4CeO2＋2Ce2O3＋8NaF＋12CO2，加水過(guò)濾后得濾渣，已知CeO2難溶于稀鹽酸，可溶于濃鹽酸；Ce2O3可溶于稀鹽酸，加入稀鹽酸酸浸可得CeO2。(1)根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為零，F(xiàn)為－1價(jià)，碳酸根為－2價(jià)，所以氟碳鈰礦中鈰的化合價(jià)為＋3價(jià)；將氟碳鈰礦研磨成精礦的目的是增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率；(2)CeFCO3中Ce化合價(jià)為＋3價(jià)，生成CeO2與Ce2O3(2∶1)，Ce化合價(jià)升高，則每生成1molCeO2時(shí)失去1mol電子，有氧氣參與反應(yīng)，還生成一種氣體，是O元素化合價(jià)降低生成CO2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為8CeFCO3＋O2＋4Na2CO3eq\o(=,\s\up7(500℃))4CeO2＋2Ce2O3＋8NaF＋12CO2；(3)焙燒后產(chǎn)物有NaF，進(jìn)行水洗，F(xiàn)－發(fā)生水解反應(yīng)生成HF，會(huì)腐蝕玻璃容器，故水洗液不宜使用玻璃容器盛裝；(4)綜合考慮生產(chǎn)的時(shí)間效率，最適宜的鹽酸濃度為3mol/L，最適宜的酸浸溫度為45℃，此時(shí)CeO2含量最高；當(dāng)溫度升高到一定程度后，CeO2含量隨溫度升高而減小，其原因可能是溫度過(guò)高，加快鹽酸揮發(fā)，鹽酸濃度降低較快，浸出率降低；(5)已知Ce3＋沉淀完全時(shí)c(Ce3＋)小于1×10－5mol·L－1，Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20，則c(OH－)＝＝eq\r(3,\f(1.0×10－20,1.0×10－5))＝1.0×10－5mol/L，室溫下，c(H＋)＝eq\f(Kw,c（OH－）)＝eq\f(10－14,10－5)＝10－9mol/L，則應(yīng)調(diào)節(jié)pH大于9；(6)已知滴定原理Fe2＋＋Ce4＋=Ce3＋＋Fe3＋，n(CeCl3)＝n(Fe2＋)＝n[(NH4)2Fe(SO4)2]＝cV2×10－3mol，CeCl3的濃度為c＝eq\f(n,V)＝eq\f(cV2,V1)mol/L，若上述過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行煮沸操作，由于過(guò)量的過(guò)硫酸銨溶液也會(huì)和亞鐵離子反應(yīng)，所以測(cè)定結(jié)果將會(huì)偏大。微題型2工藝流程與實(shí)驗(yàn)結(jié)合類無(wú)機(jī)綜合題[精練4](2022·馬鞍山質(zhì)監(jiān))鈦酸鋇(BaTiO3)具有優(yōu)良的鐵電，壓電和絕緣性能，在電子陶瓷中使用廣泛。某興趣小組設(shè)計(jì)方案在實(shí)驗(yàn)室里制備鈦酸鋇并測(cè)定其純度，制備簡(jiǎn)易流程如下：已知：室溫下，TiCl4為無(wú)色液體，易揮發(fā)。(1)“共沉”在如圖裝置中完成，儀器A的進(jìn)水口是________(填“a”或“b”)；儀器B的名稱是________；“共沉”時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)“減壓過(guò)濾”如圖裝置，減壓的目的是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在實(shí)驗(yàn)室中研細(xì)固體一般使用儀器名稱是________，“煅燒”時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________。(4)產(chǎn)品純度與“共沉”反應(yīng)時(shí)間和“煅燒”時(shí)間的關(guān)系如下圖所示，你認(rèn)為最佳“共沉”反應(yīng)時(shí)間和“煅燒”時(shí)間分別為________h、________h。答案(1)b三頸燒瓶(三頸圓底燒瓶、三口燒瓶)TiCl4＋BaCl2＋(NH4)2CO3＋4NH3·H2O=Ti(OH)4↓＋BaCO3↓＋6NH4Cl(2)加快過(guò)濾速率，得到較為干燥的沉淀(3)研缽BaCO3＋Ti(OH)4=BaTiO3＋CO2↑＋2H2O(4)34解析(1)儀器A是球形冷凝管，冷凝水是下進(jìn)上出，進(jìn)水口是b，儀器B的名稱是三頸燒瓶；“共沉”時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiCl4＋BaCl2＋(NH4)2CO3＋4NH3·H2O=Ti(OH)4↓＋BaCO3↓＋6NH4Cl；(2)“減壓過(guò)濾”操作中減壓的目的是加快過(guò)濾速率，得到較為干燥的沉淀；(3)在實(shí)驗(yàn)室中研細(xì)固體一般使用儀器名稱是研缽；“煅燒”時(shí)BaCO3和Ti(OH)4反應(yīng)生成BaTiO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為BaCO3＋Ti(OH)4=BaTiO3＋CO2↑＋2H2O；(4)由圖可知“共沉”反應(yīng)時(shí)間為3h、“煅燒”時(shí)間為4h時(shí)產(chǎn)品純度最高，則時(shí)間最佳。[精練5](2022·漢中十校聯(lián)考)以Cl2、NaOH、CO(NH2)2(尿素)和SO2為原料可制備N2H4·H2O(水合肼)和無(wú)水Na2SO3，其主要實(shí)驗(yàn)流程如圖：已知：①Cl2＋2OH－=ClO－＋Cl－＋H2O是放熱反應(yīng)；②N2H4·H2O沸點(diǎn)約118℃，具有強(qiáng)還原性，能與NaClO劇烈反應(yīng)生成N2。(1)步驟Ⅰ為制備NaClO溶液，若溫度超過(guò)40℃，則Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO3和NaCl。該反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________；實(shí)驗(yàn)中為避免反應(yīng)過(guò)于劇烈，放出大量的熱而導(dǎo)致溫度升高，副反應(yīng)加劇，除可以用冰水浴控制溫度外，還可以采取的措施為__________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)步驟Ⅱ?yàn)楹铣蒒2H4·H2O的裝置如圖1所示。NaClO堿性溶液與尿素水溶液在40℃以下反應(yīng)一段時(shí)間后，再迅速升溫至110℃繼續(xù)反應(yīng)。圖1①圖1中儀器a的名稱為________，其盛裝的溶液是________[填“NaClO堿性溶液”或“CO(NH2)2水溶液”]。②寫出合成N2H4·H2O的反應(yīng)的離子方程式：__________________________________________________________________________________________________________________________________；使用冷凝管的目的是_______________________________________________。(3)步驟Ⅳ為用步驟Ⅲ得到的副產(chǎn)品Na2CO3溶液制備無(wú)水Na2SO3(已知水溶液中H2SO3、HSOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,3)隨pH的分布如圖2所示，Na2SO3的溶解度曲線如圖3所示)。①邊攪拌邊向Na2CO3溶液中通入SO2制備NaHSO3溶液。實(shí)驗(yàn)中確定停止通SO2的實(shí)驗(yàn)操作為__________________________________________________。②請(qǐng)補(bǔ)充完整由NaHSO3溶液制備無(wú)水Na2SO3的實(shí)驗(yàn)方案：邊攪拌邊向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，測(cè)量溶液pH，pH約為________時(shí)，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于________℃條件下趁熱過(guò)濾，用少量無(wú)水乙醇洗滌，干燥，密封保存。答案(1)3Cl2＋6OH－eq\o(=,\s\up7(△))ClOeq\o\al(－,3)＋5Cl－＋3H2O減慢氯氣通入速度或減小氫氧化鈉溶液濃度(2)①分液漏斗NaClO堿性溶液②2OH－＋ClO－＋CO(NH2)2=Cl－＋N2H4·H2O＋COeq\o\al(2－,3)減少水合肼的揮發(fā)(3)①測(cè)量溶液的pH，若pH約為4時(shí)，停止通SO2②1034解析由實(shí)驗(yàn)流程可知步驟Ⅰ為氯氣和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，生成NaClO，為避免生成NaClO3，應(yīng)控制溫度在40℃以下，生成的NaClO與尿素反應(yīng)生成N2H4·H2O和Na2CO3，可用蒸餾的方法分離出N2H4·H2O，副產(chǎn)品Na2CO3溶液中通入二氧化硫，可制得Na2SO3，結(jié)合對(duì)應(yīng)物質(zhì)的性質(zhì)以及題給信息解答該題。(1)溫度超過(guò)40℃，Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO3和NaCl，反應(yīng)的離子方程式為3Cl2＋6OH－eq\o(=,\s\up7(△))ClOeq\o\al(－,3)＋5Cl－＋3H2O，實(shí)驗(yàn)中控制溫度除用冰水浴外，還應(yīng)控制通入氯氣的速率，避免反應(yīng)過(guò)于劇烈，放出大量的熱而導(dǎo)致溫度升高。(2)①圖1中儀器a的名稱為分液漏斗，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)分液漏斗滴加的溶液是NaClO堿性溶液，避免N2H4·H2O與NaClO劇烈反應(yīng)生成N2，故分液漏斗盛裝的溶液是NaClO堿性溶液。②合成N2H4·H2O發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式為：2OH－＋ClO－＋CO(NH2)2=Cl－＋N2H4·H2O＋COeq\o\al(2－,3)，N2H4·H2O沸點(diǎn)約118℃，為避免N2H4·H2O的揮發(fā)，可使用冷凝管回流；(3)用Na2CO3制備無(wú)水Na2SO3，在Na2CO3溶液中通入過(guò)量的二氧化硫生成NaHSO3，然后在NaHSO3溶液中加入NaOH溶液可生成Na2SO3，①由圖像可知，如溶液pH約為4時(shí)，可完全反應(yīng)生成NaHSO3，此時(shí)可停止通入二氧化硫，可通過(guò)測(cè)量溶液pH的方法控制。②由NaHSO3溶液制備無(wú)水Na2SO3，可邊攪拌邊向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，測(cè)量溶液pH，由圖像可知pH約為10時(shí)，可完全反應(yīng)生成Na2SO3，此時(shí)停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，由圖像3可知在高于34℃條件下趁熱過(guò)濾，可得到無(wú)水Na2SO3。題型特訓(xùn)題型特訓(xùn)1以工業(yè)廢料及礦物為原料制備物質(zhì)類工藝流程題1.(2022·廣東卷)稀土(RE)包括鑭、釔等元素，是高科技發(fā)展的關(guān)鍵支撐。我國(guó)南方特有的稀土礦可用離子交換法處理，一種從該類礦(含鐵、鋁等元素)中提取稀土的工藝如下：已知：月桂酸(C11H23COOH)的熔點(diǎn)為44℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均難溶于水。該工藝條件下，稀土離子保持＋3價(jià)不變；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3開始溶解時(shí)的pH為8.8；有關(guān)金屬離子沉淀的相關(guān)pH見下表。離子Mg2＋Fe3＋Al3＋RE3＋開始沉淀時(shí)的pH8.81.53.66.2～7.4沉淀完全時(shí)的pH/3.24.7/(1)“氧化調(diào)pH”中，化合價(jià)有變化的金屬離子是__________。(2)“過(guò)濾1”前，用NaOH溶液調(diào)pH至__________的范圍內(nèi)，該過(guò)程中Al3＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________。(3)“過(guò)濾2”后，濾餅中檢測(cè)不到Mg元素，濾液2中Mg2＋濃度為2.7g·L－1。為盡可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸鈉的加入量，但應(yīng)確?！斑^(guò)濾2”前的溶液中c(C11H23COO－)低于__________mol·L－1(保留兩位有效數(shù)字)。(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產(chǎn)率，其原因是_________________________________________________________________。②“操作X”的過(guò)程為先________，再固液分離。(5)該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有__________(寫化學(xué)式)。(6)稀土元素釔(Y)可用于制備高活性的合金類催化劑Pt3Y。①還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時(shí)，生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移__________mol電子。②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時(shí)，能在堿性溶液中高效催化O2的還原，發(fā)生的電極反應(yīng)為_______________________________________________。答案(1)Fe2＋(2)4.7≤pH<6.2Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓(3)4.0×10－4(4)①加熱攪拌可加快反應(yīng)速率②冷卻結(jié)晶(5)MgSO4(6)①15②O2＋4e－＋2H2O=4OH－解析由流程可知，該類礦(含鐵、鋁等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到的浸取液中含有RE3＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、SOeq\o\al(2－,4)等離子，經(jīng)氧化調(diào)pH使Fe3＋、Al3＋形成沉淀，經(jīng)過(guò)濾除去，濾液1中含有RE3＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等離子，加入月桂酸鈉，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，濾液2主要含有MgSO4溶液，可循環(huán)利用，濾餅加鹽酸，經(jīng)加熱攪拌溶解后，再冷卻結(jié)晶，析出月桂酸，再固液分離得到RECl3溶液。(1)由分析可知，“氧化調(diào)pH”的目的是除去含鐵、鋁等元素的離子，需要將Fe2＋氧化為Fe3＋，以便后續(xù)除雜，所以化合價(jià)有變化的金屬離子是Fe2＋。(2)由表中數(shù)據(jù)可知，Al3＋沉淀完全的pH為4.7，而RE3＋開始沉淀的pH為6.2，所以為保證Fe3＋、Al3＋沉淀完全，且RE3＋不沉淀，要用NaOH溶液調(diào)pH至4.7≤pH<6.2的范圍內(nèi)，該過(guò)程中Al3＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓。(3)濾液2中Mg2＋濃度為2.7g·L－1，即0.1125mol·L－1，根據(jù)Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c(Mg2＋)·c2(C11H23COO－)，若要加入月桂酸鈉后只生成(C11H23COO)3RE，而不產(chǎn)生(C11H23COO)2Mg，則c(C11H23COO－)<eq\r(\f(Ksp\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(（C11H23COO）2Mg)),c（Mg2＋）))＝eq\r(\f(1.8×10－8,0.1125))mol·L－1＝4.0×10－4mol·L－1。(4)②“操作X”的結(jié)果是分離出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)的熔點(diǎn)為44℃，故“操作X”的過(guò)程為先冷卻結(jié)晶，再固液分離。(6)①YCl3中Y為＋3價(jià)，PtCl4中Pt為＋4價(jià)，而Pt3Y中金屬均為0價(jià)，所以還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時(shí)，生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移15mol電子。②堿性溶液中，氫氧燃料電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O=4OH－。2.(2022·河南重點(diǎn)高中調(diào)研)工業(yè)上常通過(guò)石煤灰渣(主要成分有SiO2、C、Al2O3、FeO、V2O3、CaO、MgO、K2O)回收釩的氧化物，有關(guān)工藝流程如圖：已知：①“焙燒”時(shí)，在空氣的作用下，V2O3被氧化為V2O5。②V2O5在稀硫酸作用下生成(VO2)2SO4。根據(jù)所學(xué)知識(shí)，回答下列問(wèn)題：(1)在“焙燒”之前，要先將硫酸銨固體和石煤灰進(jìn)行混磨處理，其目的是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)(VO2)2SO4中V的化合價(jià)為________，“浸渣”的主要成分除了SiO2，還有________(填化學(xué)式)。(3)“氧化”時(shí)加入的試劑a常用H2O2，寫出反應(yīng)的離子方程式：__________________________________________________________________________________________________________________________________。HNO3也能氧化Fe2＋，工業(yè)生產(chǎn)中不選用HNO3的原因是_________________________________________________________________。(4)在500℃灼燒脫氨可制得產(chǎn)品V2O5，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________________________________________________________________