题型二 真题调研 无机综合——化工流程综合题的研究.docx

题型二　无机综合——化工流程综合题的研究 ‎1．(2020·山东等级模拟考，19)普通立德粉(BaSO4·ZnS)广泛用于工业生产中，可利用ZnSO4和BaS共沉淀法制备。以粗氧化锌(含Zn、CuO、FeO等杂质)和BaSO4为原料制备立德粉的流程如下：‎ ‎(1)生产ZnSO4的过程中，反应器Ⅰ要保持强制通风，原因是______________________。‎ ‎(2)加入锌粉的主要目的是___________________________________(用离子方程式表示)。‎ ‎(3)已知KMnO4在酸性溶液中被还原为Mn2＋，在弱酸性、弱碱性溶液中被还原为MnO2，在碱性溶液中被还原为MnO。据流程判断，加入KMnO4时溶液的pH应调至________；‎ a．2.2～2.4　　　　b．5.2～5.4　　　　c．12.2～12.4‎ 滤渣Ⅲ的成分为________。‎ ‎(4)制备BaS时，按物质的量之比计算，BaSO4和碳粉的投料比要大于1∶2，目的是______________________________________；生产过程中会有少量氧气进入反应器Ⅳ，反应器Ⅳ中产生的尾气需用碱液吸收，原因是______________________________________。‎ ‎(5)普通立德粉(BaSO4·ZnS)中ZnS含量为29.4%，高品质银印级立德粉中ZnS含量为62.5%。在ZnSO4、BaS、Na2SO4、Na2S中选取三种试剂制备银印级立德粉，所选试剂为_____，反应的化学方程式为________(已知BaSO4相对分子质量为233，ZnS相对分子质量为97)。‎ 答案　(1)防止产生H2的浓度过大而发生爆炸 ‎(2)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑‎ ‎(3)b　Fe(OH)3、MnO2‎ ‎(4)防止C粉过量，进而形成CO　O2可能将BaS氧化为SO2，污染环境 ‎(5)ZnSO4、BaS、Na2S　4ZnSO4＋BaS＋3Na2S===BaSO4·4ZnS＋3Na2SO4‎ 解析　(3)反应的目的是除掉Fe2＋，但该过程不能引入新的杂质，故MnO不能转化为Mn2＋或MnO，需将溶液调节至弱酸性。(5)设ZnS为x mol，BaSO4为y mol，＝62.5%，解得x∶y＝4∶1。‎ ‎2．(2019·全国卷Ⅰ，26)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：[来源:学。科。网Z。X。X。K]‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为________。‎ ‎(2)“滤渣1”的主要成分有________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋离子，可选用的化学试剂是________。‎ ‎(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)，Ka＝5.81×10－10，可判断H3BO3是________酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节到3.5，目的是___________________。‎ ‎(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为__________________________，母液经加热后可返回_____工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_____。‎ 答案　(1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3‎ ‎(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3　KSCN溶液 ‎(3)一元弱　将硼元素转化为H3BO3，促进析出 ‎(4)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO(或2Mg2＋＋2CO＋H2O=== Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑)　溶浸　高温焙烧[来源:学.科.网]‎ 解析　(1)硫酸铵溶液中存在平衡：NH＋H2ONH3·H2O＋H＋，硼酸镁能与水解出的H＋反应，促进平衡向右移动，生成的一水合氨浓度增大，因溶液中存在平衡NH3·H2ONH3＋H2O，一水合氨浓度增大，促进NH3·H2O分解产生NH3。用NH4HCO3溶液吸收氨气，发生的反应为NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3。(2)二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液，滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3＋的试剂可选用KSCN溶液。(3)由题给硼酸的解离反应方程式知，硼酸是一元弱酸。“过滤2”之前，调节pH≈3.5的目的是将硼元素转化为硼酸，促进硼酸析出。(4)“沉镁”中，碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生相互促进的水解反应生成碱式碳酸镁：2MgSO4＋2(NH4)2CO3＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2(NH4)2SO4＋CO2↑，或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁，也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳，可知采用的方法是高温焙烧法，Mg(OH)2·MgCO32MgO＋H2O＋CO2↑。‎ ‎3．(2019·全国卷Ⅱ，26)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白)，是一种常用白色颜料。回答下列问题：‎ ‎(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时，钡的焰色为________(填标号)。‎ A．黄色 B．红色 C．紫色 D．绿色 ‎(2)以重晶石(BaSO4)为原料，可按如下工艺生产立德粉：‎ ‎①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为__________。回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为________________________________________________。‎ ‎②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差，其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的____________________(填化学式)。‎ ‎③沉淀器中反应的离子方程式为______________________________________________。[来源:学_科_网]‎ ‎(3)成品中S2－的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品，置于碘量瓶中，移取25.00 mL 0.100 0 mol·L－1的I2KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5 min，有单质硫析出。以淀粉为指示剂，过量的I2用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2＋2S2O===2I－＋S4O。测定时消耗Na2S2O3溶液体积V mL。终点颜色变化为________________，样品中S2－的含量为__________________(写出表达式)。‎ 答案　(1)D　(2)①BaSO4＋4C===BaS＋4CO↑　CO＋H2O===CO2＋H2　②BaCO3　③S2－＋Ba2＋＋Zn2＋＋SO===ZnS·BaSO4↓　(3)浅蓝色至无色　×100%‎ 解析　(1)灼烧立德粉样品时钡的焰色为绿色。(2)①由流程图中经浸出槽后得到净化的BaS溶液以及回转炉尾气中含有有毒气体可知，在回转炉中BaSO4与过量的焦炭粉反应生成可溶性的BaS和CO；生产上可通过水蒸气变换反应除去回转炉中的有毒气体CO，即CO与H2O反应生成CO2和H2。②所得“还原料”的主要成分是BaS，BaS在潮湿空气中长期放置能与空气中的H2O反应生成具有臭鸡蛋气味的H2S气体，“还原料”的水溶性变差，表明其表面生成了难溶性的BaCO3。③结合立德粉的成分可写出沉淀器中S2－、Ba2＋、Zn2＋、SO反应生成ZnS·BaSO4的离子方程式。(3)达到滴定终点时I2完全反应，可观察到溶液颜色由浅蓝色变成无色，且半分钟内颜色不再发生变化；根据滴定过量的I2消耗Na2S2O3溶液的体积和关系式I2～2S2O，可得n(I2)过量＝×0.100 0V×10－3mol，再根据关系式S2－～I2可知，n(S2－)＝0.100 0×25.00×10－3 mol－×0.100 0V×10－3mol＝(25.00－)×0.100 0×10－3mol，则样品中S2－的含量为×100%。‎ ‎4．(2018·全国卷Ⅰ，27)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：‎ ‎(1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式：__________________________________________________________________________。‎ ‎(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：‎ ‎①pH＝4.1时，Ⅰ中为________溶液(写化学式)。[来源:学科网]‎ ‎②工艺中加入Na2CO3固体，并再次充入SO2的目的是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为__________________________________________________。电解后，_________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。‎ ‎(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00 mL葡萄酒样品，用0.010 00 mol·L－1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为__________________________________________________________________________，该样品中Na2S2O5的残留量为________g·L－1(以SO2计)。‎ 答案　(1)2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O ‎(2)①NaHSO3　②得到NaHSO3过饱和溶液 ‎(3)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　a ‎(4)S2O＋2I2＋3H2O===2SO＋4I－＋6H＋　0.128‎ 解析　(1)根据题给信息，将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5，则化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。‎ ‎(2)①酸性条件下，SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3。②工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2，其目的是得到NaHSO3过饱和溶液。‎ ‎(3)阳极上阴离子OH－放电，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电解过程中H＋透过阳离子交换膜进入a室，故a室中NaHSO3浓度增加。‎ ‎(4)根据电子、电荷及质量守恒，可写出反应的离子方程式为S2O＋2I2＋3H2O===2SO＋4I－‎ ‎＋6H＋，n(S2O)＝×n(I2)＝×0.010 00 mol·L－1×10.00×10－3 L＝5×10－5 mol，该样品中S2O的残留量(以SO2计)为5×10－5 mol×2×64 g·mol－1×＝0.128 g·L－1。‎ ‎5．(2019·全国卷Ⅲ，26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如图所示。回答下列问题：‎ 相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：‎ 金属离子 Mn2＋‎ Fe2＋‎ Fe3＋‎ Al3＋‎ Mg2＋‎ Zn2＋‎ Ni2＋‎ 开始沉淀的pH ‎8.1‎ ‎6.3‎ ‎1.5‎ ‎3.4‎ ‎8.9‎ ‎6.2‎ ‎6.9‎ 沉淀完全的pH ‎10.1‎ ‎8.3‎ ‎2.8‎ ‎4.7‎ ‎10.9‎ ‎8.2‎ ‎8.9‎ ‎(1)“滤渣1”含有S和____________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式________________________________________________________________________。[来源:Z#xx#k.Com]‎ ‎(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是____________________________________。‎ ‎(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为________～6之间。‎ ‎(4)“除杂1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是________。‎ ‎(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2＋。若溶液酸度过高，Mg2＋沉淀不完全，原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(6)写出“沉锰”的离子方程式________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2‎ ‎，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为＋2、＋3、＋4。当x＝y＝时，z＝________。‎ 答案　(1)SiO2(不溶性硅酸盐)　MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O　(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　(3)4.7　(4)NiS和ZnS　(5)F－与H＋结合形成弱电解质HF，MgF2Mg2＋＋2F－平衡向右移动　(6)Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O　(7) 解析　(1)硫化锰矿中硅元素主要以SiO2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣1”的主要成分为S和SiO2(或不溶性硅酸盐)。结合“滤渣1”中含S，可知“溶浸”时MnO2与MnS在酸性条件下发生氧化还原反应生成MnSO4和S，根据化合价升降法可配平该反应。(2)“溶浸”后溶液中含Fe2＋，“氧化”中加入的适量MnO2能将Fe2＋氧化为Fe3＋。(3)“调pH”除去Fe3＋和Al3＋时，结合表格中数据信息可知需控制溶液的pH在4.7～6之间。(4)“除杂1”中加入Na2S能将Zn2＋和Ni2＋分别转化为沉淀除去，故“滤渣3”的主要成分为NiS和ZnS。(5)“除杂2”中F－与Mg2＋反应生成MgF2沉淀，若溶液酸度过高，则F－与H＋结合生成弱电解质HF，导致MgF2(s)Mg2＋(aq)＋2F－(aq)平衡向右移动，Mg2＋不能完全除去。(6)“沉锰”时Mn2＋与HCO反应生成MnCO3并放出CO2，由此可写出离子方程式。(7)化合物LiNixCoyMnzO2中，当x＝y＝时，根据化合价代数和为0得1＋2×＋3×＋4z－2×2＝0，解得z＝。‎ 高考化工流程题的命题规律及设问方向 高考化工流程题常以“以自然资源为原料制备无机物”或“从工业废料中提取无机物”为载体考查：‎ ‎(1)无机化学基础知识(物质的类别、名称、元素的化合价、化学式和电子式的规范书写)；‎ ‎(2)基本技能(陌生化学方程式、离子方程式、电极反应式的书写；分离提纯规范操作等)；‎ ‎(3)识图能力(物质的转化与跟踪)；‎ ‎(4)物质制备及提纯条件的控制(提高反应速率、产率或转化率、产品纯度的措施)；‎ ‎(5)基本计算(产品化学式、含量及纯度、氧化还原反应中电子转移数目的计算等)。‎