專題15-工藝流程綜合題(原卷版)

專題15工藝流程綜合題1．（2022·全國甲卷）硫酸鋅()是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫(yī)學上有諸多應用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備。菱鋅礦的主要成分為，雜質(zhì)為以及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氯氧化物溶度積常數(shù)如下表：離子回答下列問題：(1)菱鋅礦焙燒生成氧化鋅的化學方程式為_______。(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，最適宜使用的X是_______(填標號)。A．

B．

C．濾渣①的主要成分是_______、_______、_______。(4)向的濾液①中分批加入適量溶液充分反應后過濾，濾渣②中有，該步反應的離子方程式為_______。(5)濾液②中加入鋅粉的目的是_______。(6)濾渣④與濃反應可以釋放HF并循環(huán)利用，同時得到的副產(chǎn)物是_______、_______。2．（2022·全國乙卷）廢舊鉛蓄電池的鉛膏中主要含有、、和Pb。還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等。為了保護環(huán)境、充分利用鉛資源，通過下圖流程實現(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)一定條件下，一些金屬氫氧化物沉淀時的如下表：金屬氫氧化物開始沉淀的pH2.36.83.57.2完全沉淀的pH3.28.34.69.1回答下列問題：(1)在“脫硫”中轉(zhuǎn)化反應的離子方程式為________，用沉淀溶解平衡原理解釋選擇的原因________。(2)在“脫硫”中，加入不能使鉛膏中完全轉(zhuǎn)化，原因是________。(3)在“酸浸”中，除加入醋酸()，還要加入。(ⅰ)能被氧化的離子是________；(ⅱ)促進了金屬Pb在醋酸中轉(zhuǎn)化為，其化學方程式為________；(ⅲ)也能使轉(zhuǎn)化為，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________。3．（2022·浙江卷）化合物X由三種元素組成，某實驗小組按如下流程進行相關(guān)實驗：化合物X在空氣中加熱到，不發(fā)生反應。請回答：(1)組成X的三種元素為_______；X的化學式為_______。(2)溶液C的溶質(zhì)組成為_______(用化學式表示)。(3)①寫出由X到A的化學方程式_______。②X難溶于水，但可溶于氨水中，寫出該反應的離子方程式_______。(4)設(shè)計實驗，檢驗尾氣中相對活潑的2種氣體_______。4．（2022·廣東卷）稀土()包括鑭、釔等元素，是高科技發(fā)展的關(guān)鍵支撐。我國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：月桂酸熔點為；月桂酸和均難溶于水。該工藝條件下，稀土離子保持價不變；的，開始溶解時的pH為8.8；有關(guān)金屬離子沉淀的相關(guān)pH見下表。離子開始沉淀時的pH8.81.53.66.2~7.4沉淀完全時的pH/3.24.7/(1)“氧化調(diào)pH”中，化合價有變化的金屬離子是_______。(2)“過濾1”前，用溶液調(diào)pH至_______的范圍內(nèi)，該過程中發(fā)生反應的離子方程式為_______。(3)“過濾2”后，濾餅中檢測不到元素，濾液2中濃度為。為盡可能多地提取，可提高月桂酸鈉的加入量，但應確?！斑^濾2”前的溶液中低于_______(保留兩位有效數(shù)字)。(4)①“加熱攪拌”有利于加快溶出、提高產(chǎn)率，其原因是_______。②“操作X”的過程為：先_______，再固液分離。(5)該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有_______(寫化學式)。(6)稀土元素釔(Y)可用于制備高活性的合金類催化劑。①還原和熔融鹽制備時，生成1mol轉(zhuǎn)移_______電子。②用作氫氧燃料電池電極材料時，能在堿性溶液中高效催化的還原，發(fā)生的電極反應為_______。5．（2022·湖南卷）鈦(Ti)及其合金是理想的高強度、低密度結(jié)構(gòu)材料。以鈦渣(主要成分為，含少量V、Si和Al的氧化物雜質(zhì))為原料，制備金屬鈦的工藝流程如下：已知“降溫收塵”后，粗中含有的幾種物質(zhì)的沸點：物質(zhì)沸點答下列問題：(1)已知，的值只決定于反應體系的始態(tài)和終態(tài)，忽略、隨溫度的變化。若，則該反應可以自發(fā)進行。根據(jù)下圖判斷：時，下列反應不能自發(fā)進行的是_______。A． B．C． D．(2)與C、，在的沸騰爐中充分反應后，混合氣體中各組分的分壓如下表：物質(zhì)分壓①該溫度下，與C、反應的總化學方程式為_______；②隨著溫度升高，尾氣中的含量升高，原因是_______。(3)“除釩”過程中的化學方程式為_______；“除硅、鋁”過程中，分離中含、雜質(zhì)的方法是_______。(4)“除釩”和“除硅、鋁”的順序_______(填“能”或“不能”)交換，理由是_______。(5)下列金屬冶煉方法與本工藝流程中加入冶煉的方法相似的是_______。A．高爐煉鐵 B．電解熔融氯化鈉制鈉 C．鋁熱反應制錳 D．氧化汞分解制汞1．（2022·江西九江·二模）以碳酸錳銅礦(主要成分為MnCO3、CuCO3，還含有Fe2O3、FeO等雜質(zhì))為原料制備硫酸錳的一種工藝流程如下：(1)“氧化”時，反應的離子方程式為_______。可用一種試劑檢驗氧化后的溶液中是否含有Fe2+，該試劑為_______(寫化學式)。(2)加入MnCO3調(diào)節(jié)pH=3.3時可以將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3而除去，該反應的離子方程式為_______。(3)“沉銅"時，若濾液中c(Mn2+)=0.21mol·L-1，向其中緩慢通入氨氣，為了使銅離子完全沉淀而又避免生成Mn(OH)2，應控制pH的范圍為_______。[已知：常溫下，Ksp[Cu(OH)2]=1×10-20，Ksp[Mn(OH)2]=2.1×10-13，離子濃度小于或等于10-5mol/L可視為沉淀完全](4)本工藝中可循環(huán)使用的物質(zhì)是_______。(5)結(jié)合圖像，分析獲得(MnSO4·H2O)晶體的“系列操作”步驟為：_______、_______，酒精洗滌，低溫干燥。2．（2022·陜西漢中·二模）我國發(fā)現(xiàn)超級錸礦，錸(Re)是一種熔點高、耐磨、耐腐蝕的金屬，廣泛用于航天航空等領(lǐng)域。工業(yè)上用富錸渣(含ReS2)制得錸粉，其工藝流程如下圖所示：回答下列問題：(1)錸不溶于鹽酸，可溶于稀硝酸生成強酸高錸酸(HReO4)，請寫出反應的離子方程式_______。(2)提高富錸渣浸出率的方法有_______(任寫兩種)；酸浸相同時間，測得錸的浸出率與溫度關(guān)系如下圖所示，分析高于T1℃時錸的浸出率降低的原因_______。(3)操作II所用的主要玻璃儀器是_______。(4)高錸酸銨和氫氣制取單質(zhì)錸的化學方程式為_______；此反應過程中，實際消耗H2的量大于理論值，其原因是_______。(5)由高錸酸銨溶液獲得高錸酸銨晶體的一系列操作為_______、洗滌、干燥。(6)整個工藝流程中除有機溶液可循環(huán)利用外，還有_______。3．（2022·陜西渭南·二模）金屬鈧可用作宇航材料、火箭和飛機的制造材料；氧化鈧可提高計算機記憶元件性能。赤泥是鋁土礦加工過程中產(chǎn)生的廢料，含有豐富的鈧元素，另含有Fe2O3、SiO2、Al2O3等氧化物。一種從赤泥中提取氧化鈧的工藝流程如圖所示(P2O4是一種磷酸酯萃取劑)。回答下列問題：(1)寫出赤泥經(jīng)鹽酸處理后所得“浸渣”與強堿溶液反應的離子方程式____。(2)赤泥“酸浸”時溫度過高，酸浸速率反而下降，其原因是____。(3)P2O4萃取浸出液，其濃度、料液溫度對萃取率的影響如表所示，萃取時P2O4最佳濃度及料液溫度分別為____、____；萃取后“鹽酸洗滌”的目的是____。P2O4濃度對萃取率的影響如表：試驗編號P2O4濃度/%分相情況鈧萃取率/%鐵萃取率/%1-11分相快90.7615.821-22分相容易91.5319.231-33分相容易92.9813.561-44有第三相90.6930.121-55輕微乳化91.7439.79料液溫度對分離系數(shù)的影響如圖：(4)反萃取時，Sc3+完全沉淀(濃度為1.0×10-6mol·L-1)時，反萃液的pH為____。(已知：Ksp[Sc(OH)3]=8.00×10-31，lg2=0.30，結(jié)果保留小數(shù)點后兩位)(5)為探究所得草酸鈧晶體Sc2(C2O4)3·xH2O中結(jié)晶水的含量，取2.96g樣品(純度為75%)，灼燒得到0.69gSc2O3固體，則x=____。(6)草酸鈧晶體灼燒分解反應方程式為____，其固體副產(chǎn)物主要為____。4．（2022·山西太原·二模）鉻是一種重要的金屬材料，被廣泛用于冶金、化工、耐火材料等行業(yè)。某鉻鐵礦的主要成分為Cr2O3、Fe2O3、FeO，還有少量MgO、Al2O3和雜質(zhì)SiO2等，利用其制備多種鉻產(chǎn)品和其他金屬產(chǎn)品的工藝流程如下：已知：Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑回答下列問題：(1)步驟①發(fā)生的主要反應為FeO+Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+NaNO2+A↑，反應時應選用何種材質(zhì)的容器？_______(填字母)。A．塑料 B．剛玉 C．鐵 D．石英(2)步驟②的操作是_______，“濾渣2”是Al(OH)3和_______。寫出過量物質(zhì)A與“濾液1"中溶質(zhì)生成Al(OH)3的離子方程式：_______。(3)“濾液2”中的Na2CrO4需要用H2SO4酸化，用離子方程式表示該反應：_______。(4)制取高純鉻常用電解法和鋁熱法，鋁熱法的缺點是_______。步驟④是在隔絕空氣條件下，除生成Cr2O3外，還生成了Na2CO3和CO，若該反應中有3molNa2Cr2O7參加反應，則轉(zhuǎn)移的電子為_______mol。(5)“濾渣1”中鐵元素含量較高，具有回收價值。為回收金屬，需要將含F(xiàn)e3+的有機相進行反萃取。在有機相中Fe3+質(zhì)量濃度為22.8g/L、有機相與水相的體積比(Vo：Va)=1：1、反萃取時間為20min、反萃取溫度為25°C條件下，不同濃度的4種反萃取劑對Fe3+反萃取率的影響實驗結(jié)果如圖所示。當反萃取劑的濃度均為0.5mol·L-1時，反萃取效果最好的是_______(填化學式)，在實際操作中需在該反萃取劑中加入一定量H3PO4溶液，其目的是_______；但H3PO4濃度不宜過大，其原因是_______。[已知：(NH4)2HPO4溶液pH=7.8~8.2]5．（2022·河南洛陽·三模）碳酸鍶(SrCO3)具有屏蔽X射線的功能，廣泛應用于彩色顯示裝置、等離子顯色裝置的熒光屏玻璃中。工業(yè)上以天青石(主要成分為SrSO4，含少量BaSO4和CaSO4)和煤為原料生產(chǎn)碳酸鍶。工藝流程如下：已知：①Sr(OH)2、Ba(OH)2、Ca(OH)2在不同溫度下的溶解度(g)：溫度/°C2040608090100Sr(OH)21.773.958.4220.244.591.2Ba(OH)23.898.2220.94101.4——Ca(OH)20.1730.1410.1210.0940.0860.076②浸取時發(fā)生反應：2SrS+2H2O=Sr(HS)2+Sr(OH)2，硫化鍶的溶解度主要受氫氧化鍶的溶解度影響。③BaSO4、SrCO3、BaCO3和SrSO4均難溶于水，在相同溫度下的溶解度(S)關(guān)系如下：S(BaSO4)≈S(SrCO3)＜S(BaCO3)＜S(SrSO4)?；卮鹣铝袉栴}：(1)天青石、煤混合粉碎的目的是___________。(2)天青石與煤焙燒時CO還原了SrSO4，反應的化學方程式為___________。(3)用熱水浸取可以加快浸取速率，另外的主要作用是___________。(4)碳化過程控制條件讓硫氫化鍶吸收二氧化碳有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高，并且可以提供硫化氫使氫氧化鍶轉(zhuǎn)化為硫氫化鍶。寫出碳化時硫氫化鍶吸收二氧化碳的化學方程式：___________。(5)若達到碳化終點后繼續(xù)碳化，則會使產(chǎn)品產(chǎn)率降低，結(jié)合化學方程式解釋原因：___________，取碳化后的料漿滴入無色酚酞試劑，若___________表明到達碳化終點。(6)由于碳化所用的CO2中含有少量的O2、SO2等，在碳化時發(fā)生副反應，生成少量的SrSO3、SrSO4，所以要對碳化完成的碳酸鍶漿進行脫硫處理。方法為加入純堿，并加熱煮沸，寫出脫硫過程SrSO4與純堿反應的化學方程式___________。6．（2022·河南新鄉(xiāng)·三模）鉑釕催化劑是甲醇燃料電池的陽極催化劑。一種以釕礦石[主要含Ru(CO3)2，還含少量的FeO、MgO、RuO4、CaO、SiO2]為原料制備釕(Ru)的流程如圖?；卮鹣铝袉栴}：(1)Na2Fe4(SO4)6(OH)2中Fe的化合價為____。(2)“酸浸”時，Na2SO3的作用____?！盀V渣”的主要成分有SiO2和____(填化學式)?！八峤敝嗅懙慕雎逝c浸出溫度、pH的關(guān)系如圖所示，“酸浸”的最佳條件是____。(3)“除鐵”的離子方程式為____。(提示：1molNaClO3參與反應，轉(zhuǎn)移6mol電子)(4)從“濾液2”中可提取一種化肥，其電子式為____。(5)“灼燒”時Ar的作用是____。(6)某工廠用10t釕礦石[含8.84tRu(CO3)2、165kgRuO4]，最終制得3636kgRu，則Ru的產(chǎn)率為____。(保留三位有效數(shù)字)7．（2022·河南商丘·三模）三氧化二砷(As2O3)可用于治療急性早幼粒細胞白血病。利用某酸性含砷廢水(含H3AsO3、H2SO4)可提取As2O3，提取工藝流程如下：已知：①As2O3為酸性氧化物；②As2S3易溶于過量的Na2S溶液中，故加入FeSO4，的目的是除去過量的S2-?；卮鹣铝袉栴}：(1)廢水中H3AsO3中砷元素的化合價為____(2)“焙燒”操作中，As2S3參與反應的化學方程式為_____(3)“堿浸”的目的___________，“濾渣Y”的主要成分是___________。(寫化學式)。(4)“氧化”操作的目的是___________(用離子方程式表示)。(5)“還原”過程中H3AsO4轉(zhuǎn)化為H3AsO3然后將“還原”后溶液加熱，H3AsO3分解為As2O3。某次“還原”過程中制得了1.98kgAs2O3，則消耗標準狀況下氣體X的體積是___________L。(6)砷酸鈉(Na3AsO4)可用于可逆電池，裝置如圖1所示，其反應原理為AsO+2H++2I-=AsO+I2+H2O。探究pH對AsO氧化性的影響，測得輸出電壓與pH的關(guān)系如圖2所示。則a點時，鹽橋中K+___________(填“向左”“向右”或“不”)移動，c點時，負極的電極反應為___________。8．（2022·河南新鄉(xiāng)·二模）某工業(yè)生產(chǎn)上用銅鎳礦石(主要成分為CuS、NiS、FeS、SiO2及不溶于酸的雜質(zhì))制備膽礬CuSO4?5H2O的流程如圖。已知：有機萃取劑HR可以萃取Cu2+，其萃取原理(org為有機相)Cu2+(aq)+2HR(org)CuR2(org)+2H+(aq)。回答下列問題：(1)焙燒前粉碎的目的是____。(2)“調(diào)節(jié)pH時，生成氫氧化鐵沉淀的離子方程式為____，試劑X的最佳選擇是___(填標號)。a.HClb.NaOHc.H2SO4d.NH3?H2O(3)25℃時，“調(diào)節(jié)pH”后，測得濾液中各離子濃度及相關(guān)數(shù)據(jù)如表所示。(lg2=0.3)離子Fe3+Cu2+Ni2+Fe2+濃度/(mol·L-1)1.0×10-65.01.20對應氫氧化物的Ksp6.4×10-382.2×10-202.0×10-158.0×10-16該濾液的pH為___；加入的Cu(OH)2____(填“已經(jīng)”或“沒有”)完全溶解。(4)向“萃取”后的水相中加入一定量的NaClO和NaOH，能制得黑色不溶物NiOOH，該反應的化學方程式為___。(5)“操作Ⅱ”包括洗滌，洗滌該沉淀的操作為___。(6)將得到的膽礬產(chǎn)品做熱重分析，測得的數(shù)據(jù)如圖所示。已知：雜質(zhì)不分解，250℃時，膽礬失去所有結(jié)晶水。則A點膽礬分解得到的物質(zhì)為___(填化學式)；該膽礬產(chǎn)品的純度為___(保留4位有效數(shù)字)。9．（2022·安徽淮南·二模）鍺是一種稀散金屬，在光纖通信、航空航天等領(lǐng)域有廣泛應用，模擬從氧化鋅煙灰(成分有ZnO、ZnO·GeO2、FeO·GeO2、Fe2O3·GeO2、PbO等)中提取鍺元素的流程圖如下：已知：①浸取后溶液pH為2，Ge以GeO2+的形式存在；②單寧酸為復雜有機酸，易與Fe3+絡(luò)合沉淀。(1)浸取時ZnO·GeO2發(fā)生反應的化學方程式是_______，浸渣的主要成分是_______。(2)試劑X的作用是_______。(3)下圖為沉鍺時溶液pH對鍺沉淀率的影響，則適宜的pH應為_______(填標號)。A．1.0 B．2.0 C．2.5 D．3.0(4)沉鍺時有一段沉鍺和二段沉鍺兩種工藝，單寧酸用量與鍺沉淀率關(guān)系如表所示，工業(yè)常用二段沉鍺工藝且單寧酸總用量為25倍，其原因是_______。一段沉鍺單寧酸總用量/倍1015202530鍺沉淀率/%88.589.590.591.593.5二段沉鍺單寧酸總用量/倍1015202530鍺沉淀率/%9293.594.59797.5(5)可從濾液中回收的金屬元素主要有_______。(6)若用C2H2O表示單寧酸，壓濾后的含鍺沉淀表示為GeO(C2H2O)2SO4，其在空氣中灼燒會得到SO2、H2O、CO2三種氣體，該反應方程式為_______。10．（2022·安徽蕪湖·三模）硫酸錳是一種重要的化工中間體。一種以高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)與氧化錳礦(主要成分為MnO2等錳的氧化物)為原料制備硫酸錳的工藝流程如下：已知：①“混合焙燒”后燒渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。②金屬離子在水溶液中沉淀的pH范圍如下表所示(25℃)：物質(zhì)Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Al(OH)3開始沉淀的pH1.97.67.33.0完全沉淀的pH3.29.69.35.2③離子濃度≤10-5mol·L-1時，離子沉淀完全。(1)“混合焙燒”的主要目的是_______(2)若試劑a為MnO2，則氧化步驟發(fā)生反應的離子方程式為_______，若省略“氧化”步驟，造成的影響是_______。(3)“中和除雜”時，應控制溶液的pH范圍是_______。(4)“氟化除雜”后，溶液中c(F-)濃度為0.05mol·L-1。則溶液中c(Mg2+)和c(Ca2+)的比值=_______(已知：Ksp(MgF2)=6.4×10-10；Ksp(CaF2)=3.6×10-12)(5)“碳化結(jié)晶”時發(fā)生反應的離子方程式為_______，選擇NH4HCO3而不選擇Na2CO3溶液的原因是_______。11．（2022·安徽蕪湖·三模）硫酸錳是一種重要的化工中間體。一種以高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)與氧化錳礦(主要成分為MnO2等錳的氧化物)為原料制備硫酸錳的工藝流程如下：已知：①“混合焙燒”后燒渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。②金屬