专项12 工艺流程综合题-2021年新高考复习化学阶段性新题精选专项特训（山东专用·5月期）（解析版）

2021 年新高考复习化学阶段性新题精选专项特训（山东专用·5 月期） 专项十二 工艺流程综合题 1．（2021·山东滨州市·高三二模）为缓解新能源产业带来的用锂压力，某公司设计了从某含锂的电解铝废渣 (主要成分有 AlF3、NaF、LiF、CaO、SiO2 等)中提取制备碳酸锂及合成冰晶石(Na3AIF6)的生产工艺。工艺 流程如图： 回答下列问题： (1)“酸浸”时 AIF3 发生反应的化学方程式为___，能提高“酸浸”时反应速率的方法有__(任写一条)。 (2)“碱解反应”时，不同碳酸钠浓度下溶液中锂、铝浓度的变化如表，当碳酸钠浓度为__mol/L 时脱铝效果最 好，且锂的损失相对较小。随着溶液中碳酸钠浓度的增大，溶液中 Al 质量浓度增大的原因是___。 碳酸钠浓度/(mol/L) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 溶液中 Al 质量浓度 /(g/L) 0.432 0.360 0.200 0.272 0.350 溶液中 Li 质量浓度 /(g/L) 0.083 0.072 0.060 0.065 0.070 (3)“苛化反应”中存在如下平衡：Li2CO3(s)+Ca2+(aq) 2Li+(aq)+CaCO3(s)，通过计算说明该反应能否进行 完全__。 [已知：Ksp(Li2CO3)=8.75×10-4，Ksp(CaCO3)=2.5×10-9] (4)“合成”冰晶石的化学方程式为___。 【答案】2AIF3+3H2SO4(浓)=Al2(SO4)3+6HF↑ 将电解铝废渣粉碎或对反应物进行搅拌或加热 3 溶 液中 Na2CO3 浓度增大，pH 增大，可使 Al(OH)3 转化成[AI(OH)4]- 该反应的 K=3.5×105>1.0×105，该反应 能进行完全 12HF+3Na2SO4+2Al(OH)3= Na3AIF6+3H2SO4+6H2O 【详解】 (1)由题意可知，“酸浸”时，AIF3 与浓 H2SO4 生成硫酸铝和氟化氢气体，即反应的化学方程式为： 2AIF3+3H2SO4(浓)=Al2(SO4)3+6HF↑，因反应生成 HF 气体，能提高“酸浸”时反应速率的方法有：将电解铝废 渣粉碎或对反应物进行搅拌或加热。 (2) 脱铝效果最好，即溶液中 Al 的浓度最小，由“碱解反应”时，不同碳酸钠浓度下溶液中锂、铝浓度的变 化表可知，碳酸钠浓度为 3mol/L 时脱铝效果最好，且锂的损失相对较小，溶液中 Na2CO3 浓度增大，溶液 碱性增强，Al(OH)3 部分溶解，Al 质量浓度增大，即随着溶 Na2CO3 浓度增大，pH 增大，可使 Al(OH)3 转化 成[Al(OH)4]-。 (3)反应 Li2CO3(s)+Ca2+(aq) 2Li+(aq)+CaCO3(s)的 ，即该反应的 K=3.5×105>1.0×105，该反应能进行完 全。 (4) 由流程图可知，“合成”冰晶石时，反应物有 HF、Al(OH)3、Na2SO4，即反应方程式为： 12HF+3Na2SO4+2Al(OH)3=2 Na3AIF6+3H2SO4+6H2O。 2．（2021·山东青岛市·高三二模）铍可应用于飞机、火箭制造业和原子能工业。素有“中国铍业一枝花”之称 的湖南水口山六厂改进国外生产工艺，以硅铍石(主要成分为 、 、 、 、 )为原料 提取铍，具体流程如下： 已知：①铍和铝在元素周期表中处于对角线位置，电负性相近，其单质及化合物在结构与性质等方面具有 相似性。 ②铝铵钒在不同温度下的溶解度： 温度/℃ 0 10 20 30 40 60 溶解度/g 2.10 5.00 7.74 10.9 14.9 26.7 回答下列问题： (1)流程中“系列操作”为___________。 (2)将“中和液”沉淀时，调节溶液的 不能过大或过小。 过大时发生反应的离子方程式为___________。 (3)已知 ， 。若 浓度为 0.40 的中和液 开始沉淀时，溶液中 ___________ 。 (4)若在实验室洗涤粗 ，操作为___________；洗涤时加入 溶液除去表面吸附的少量氢氧化 铝，反应的离子方程式为___________。 (5)氧化铍转化为氯化铍的化学方程式为___________。 (6) 的电子式为___________；电解时须加入氯化钠的作用是___________。 【答案】蒸发浓缩、降温结晶、过滤 向过滤器中 加入 溶液至浸没沉淀，将溶液滤出，重复操作 2～3 次 为共价化合物，加入 使 转化为其 它含铍的离子化合物(或将氯化铍转化为 。 【分析】 硅铍石(主要成分为 、 、 、 、 )经过原料预处理后用硫酸酸浸，浸出液中有 Be2+、 Al3+、Fe2+、Fe3+、H+、 ，SiO2 形成浸出渣分离，浸出液加入硫酸铵，经过蒸发浓缩、降温结晶(铝铵 矾溶解度随温度的降低而减小)、过滤从而分离出铝铵矾晶体，净化液加入氧化剂将 Fe2+氧化为 Fe3+然后加 氨水调 pH 除去铁，过滤之后往中和液中加入碱性物质继续调 pH 使 Be2+完全沉淀，由于铍和铝在元素周期 表中处于对角线位置，电负性相近，其单质及化合物在结构与性质等方面具有相似性，所以生成的 Be(OH)2 会与氢氧化钠溶液反应形 ，所以调 pH 时 pH 不能过大，洗涤后的 Be(OH)2 高温煅烧分解生 成 BeO，而后加入氯气和过量的碳反应生成氯化铍： ，铍和铝电负性相近，所 以氯化铍为共价化合物，需要加入氯化钠转化为离子化合物，然后电解获得铍单质。 【详解】 (1)根据铝铵钒在不同温度下的溶解度数据可知铝铵矾溶解度随温度的降低而减小，所以要从溶液中获得铝 铵矾晶体进行的“系列操作”为：蒸发浓缩、降温结晶、过滤。 (2)将“中和液”沉淀时，形成 Be(OH)2，Be(OH)2 同 类似，会与强碱溶液反应，所以 过大时发生 反应的离子方程式为： 。 (3) ， 0.40 ，则 ， 因为 ，所以 ， 所以答案为： 。 (4)实验室洗涤粗 的操作为：向过滤器中加入 溶液至浸没沉淀，将溶液滤出，重复操作 2～ 3 次；氢氧化铝为两性氢氧化物，会与 溶液反应生成可溶性的 ，所以反应的离子方程 式为： 。 (5)氧化铍与氯气和过量的碳反应生成氯化铍，根据质量守恒和得失电子守恒可知反应方程式为： 。 (6) 铍和铝电负性相近，所以氯化铍为共价化合物，则 的电子式为 ；共价化合物熔融 状态下不导电，不能进行电解制备铍，所以需要加入氯化钠转化为离子化合物，所以答案为： ； 为共价化合物，加入 使 转化为其它含铍的离子化合物(或将氯化铍转 化为 。 3．（2021·山东潍坊市·高三二模）高纯砷(As)常用于制造砷化镓、砷化锗等半导体材料。工业上用含砷废料 (主要成分为 ，含少量 )为原料制取高纯砷的工艺流程(硫化—还原法)如下图所 示： 已知：砷酸(H3AsO4)在酸性条件下有强氧化性，能被 、氢碘酸等还原为亚砷酸(H3AsO3)，H3AsO3 在加 热蒸发过程中会失水生成 。 时 的值为 。 回答下列问题： (1)半导体材料 中 元素的化合价为_，“氧化(加压)”时 发生反应的化学方程式为_。 (2)用 溶液调溶液的 时， 的最小值为__(当溶液中某离子浓度为 时，可认为 该离子沉淀完全)。 (3)“还原”过程发生反应的离子方程式为___。 (4)过程中，检验 还原砷酸后所得溶液中是否仍存在砷酸。需进行的实验操作是：取 还原砷酸 后的溶液于试管中，____(请补充完整)。 (5)工业上用硫化-还原法制取砷的优点是____。 【答案】+3 价 2.8 加入足量氢碘酸，然后加入几滴淀粉溶液，振荡，若溶液 变蓝色，说明存在砷酸，反之，无砷酸 制取的砷纯度高，H2S 可循环使用，避免对空气造成污染 【详解】 (1)根据化合物中各元素化合价代数和为 0，砷化合价为-3 价，则半导体材料 中 元素的化合价为+3 价，“氧化(加压)”时 与水、氧气反应生成 H3AsO4 和硫，发生反应的化学方程式为 ； (2) 时 的值为 ，用 溶液调溶液的 时，目的是除铁， ，c(OH-)=10-11.2，c(H+)=10-2.8， 的最小值为 2.8； (3)“还原”过程二氧化硫与 H3AsO4 反应生成 H3AsO3，发生反应的离子方程式为 ； (4)过程中，检验 还原砷酸后所得溶液中是否仍存在砷酸。需进行的实验操作是：取 还原砷酸 后的溶液于试管中，加入足量氢碘酸，然后加入几滴淀粉溶液，振荡，若溶液变蓝色，说明存在砷酸，反 之，无砷酸； (5)工业上用硫化-还原法制取砷的优点是制取的砷纯度高，H2S 可循环使用，避免对空气造成污染。 4．（2021·山东德州市·高三二模）兰尼镍是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金，具有优良的储氢 性能。以红土镍矿(主要成分为 NiS、FeS 和 SiO2 等)为原料制备兰尼镍的工艺流程如图： (1)形成 Ni(CO)4 时碳元素的化合价没有变化，则 Ni(CO)4 中的 Ni 的化合价为___，Ni(CO)4 含有的化学键类 型___。 (2)Ni2O3 有强氧化性，加压酸浸时，有气体产生且镍被还原为 Ni2+，则产生的气体为___(填化学式)。 (3)滤渣 D 为单质镍、硫的混合物，请写出向浸出液 B 中通入 H2S 气体生成单质镍的离子方程式：___。 (4)“高温熔融”时通入氩气的目的是___。 (5)检验滤液 C 中金属阳离子的试剂是___(填标号)。 a.KSCN 溶液 b.K3[Fe(CN)6] c.酸性高锰酸钾 d.苯酚 (6)碱浸的目的是使镍铝合金产生多孔结构，其原理___(用化学方程式表示)。 【答案】0 共价键和配位键 O2 H2S+Ni2+=Ni↓+2H++ S↓ 做保护气，防止镍、铝被氧化 b 2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑ 【分析】 由题给流程可知，红土镍矿煅烧时，硫化镍和硫化亚铁与氧气反应生成三氧化二镍和氧化铁，向煅烧后的 固体中加入硫酸加压酸浸，三氧化二镍和氧化铁与硫酸反应生成可溶性硫酸盐，二氧化硅不反应，过滤得 到含有二氧化硅的滤渣 A 和硫酸盐的浸出液 B；向浸出液 B 中通入硫化氢气体，铁离子与硫化氢发生氧化 还原反应生成亚铁离子、硫和水，镍离子与硫化氢反应生成硫沉淀、镍沉淀和氢离子，过滤得到含有硫和 镍的固体混合物；向固体混合物中通入 CO 气体，镍与一氧化碳反应生成四羰基合镍，四羰基合镍受热分解 生成镍；在氩气环境中，高温熔融条件下镍与铝融合得到镍合金，将合金冷却、粉碎，再用浓氢氧化钠溶 液碱浸，铝与氢氧化钠反应产生氢气使镍铝合金产生多孔的结构，用蒸馏水洗浸出渣 F 得到产品兰尼镍。 【详解】 (1) 由形成四羰基合镍时碳元素的化合价没有变化可知，四羰基合镍中镍元素为 0 价，化合物中镍与一氧化 碳形成配位键，一氧化碳分子中碳原子与氧原子形成极性共价键，故答案为：0；共价键和配位键； (2)由题意可知，三氧化二镍和硫酸溶液反应生成硫酸镍、氧气和水，反应的方程式为 2Ni2O3+4H2SO4=4NiSO4+O2↑+4H2O，故答案为：O2； (3) 浸出液 B 中通入硫化氢气体生成单质镍发生的反应为镍离子与硫化氢反应生成硫沉淀、镍沉淀和氢离 子，反应的离子方程式为 H2S+Ni2+=Ni↓+2H++ S↓，故答案为：H2S+Ni2+=Ni↓+2H++ S↓； (4) “高温熔融”时通入氩气形成无氧环境，防止镍、铝被空气中的氧气氧化，无法制得镍铝合金，故答案为： 做保护气，防止镍、铝被氧化； (5)由分析可知，滤液 C 中含有亚铁离子，检验亚铁离子可以选用铁氰化钾溶液或高锰酸钾溶液，由于过量 的硫化氢也能与高锰酸钾溶液反应，干扰亚铁离子的检验，则检验溶液中存在亚铁离子的试剂为铁氰化钾 溶液，故答案为：b； (6) 碱浸的目的是使镍铝合金产生多孔结构发生的反应为铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基和铝酸钠和氢 气，反应的化学方程式为 2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑，故答案为： 2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑。 5．（2021·山东济南市·高三二模）钛铁矿(FeTiO3)中往往含有 Fe2O3、MgO、CaO、Al2O3、SiO2 等杂质。一 种硫酸法制取白色颜料钛白粉(TiO2)生产工艺如下： 已知：①酸浸后，钛主要以 TiOSO4 形式存在； ②强电解质 TiOSO4 在溶液中仅能电离出 和一种阳离子。 ③H2TiO3 不溶于水和稀酸。 (1)为提高酸浸速率，一般采取的措施是___________。(写两条) (2)滤渣①的主要成分是___________。 (3)酸浸过程中，写出含钛化合物发生反应的化学方程式___________。 (4)加入铁粉的目的是还原体系中的 Fe3＋。为探究最佳反应条件，某实验室做如下尝试。 ①在其它条件不变的情况下，体系中 Fe(Ⅲ)含量随 pH 变化如图 1，试分析在 pH 介于 4～6 之间时，Fe(Ⅲ) 含量基本保持不变的原因：___________。 ②保持其它条件不变的情况下，体系中 Fe(Ⅲ)含量随温度变化如图 2，55℃后，Fe(Ⅲ)含量增大的原因是 ___________。 (5)水解过程中得到沉淀③的化学式为___________。 【答案】粉碎，加热，增大硫酸浓度等 SiO2，CaSO4 Fe FeTiO3+2H2SO4 TiOSO4+FeSO4+2H2O pH＞4 时，Fe3+完全沉淀为 Fe(OH)3,不再与铁粉发生反应 Fe3+水解吸热，温度升高向吸热的方向移动， 生成 Fe(OH)3,不再与铁粉发生反应 H2TiO3 【分析】 ‘酸浸’中发生反应：FeTiO3+2H2SO4 TiOSO4+FeSO4+2H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O 等，浸取 液中含有 Fe3+、Mg2+、Ca2+、Al3+，加入铁粉，能将 Fe3+氧化成 Fe2+，然后过滤，滤渣①是二氧化硅，滤液 ①过滤得到的晶体成分滤渣②是硫酸亚铁晶体，滤液②中 TiOSO4 能发生水解反应生成沉淀③H2TiO3 和滤液 ③H2SO4，最后高温煅烧沉淀③得到 TiO2。 【详解】 (1)为提高酸浸速率，一般采取的措施是：粉碎，加热，增大硫酸浓度等； (2)滤渣①的主要成分是不与硫酸反应的 SiO2、和 Ca2+和硫酸根结合的 CaSO4、和过量的铁单质； (3)酸浸过程中，含钛化合物发生反应的化学方程式：FeTiO3+2H2SO4 TiOSO4+FeSO4+2H2O； (4) ①在 pH 介于 4～6 之间时，Fe(Ⅲ)含量基本保持不变的原因：pH＞4 时，Fe3+完全沉淀为 Fe(OH)3，不再 与铁粉发生反应； ②55℃后，Fe(Ⅲ)含量增大的原因是：Fe3+水解吸热，温度升高向吸热的方向移动，生成 Fe(OH)3,不再与铁 粉发生反应； (5) 滤液②中 TiOSO4 能发生水解反应生成沉淀③H2TiO3。 6．（2021·山东聊城市·高三二模）重铬酸钾 是一种强氧化剂，在实验室和工业中都有很广泛的应 用.某实验小组以铬铁矿[主要成分为 ，还含有少量的 、 、 等]为原料，制备 ，流程如图： 已知：①酸化 1 后的溶液中含有 、 等。 ② 具有还原性，当溶液酸性很强时易被强氧化剂氧化。 (1)高温氧化时发生多个反应，其中 和 分别转化为 和_______； 参与反应的 产物中含有 、 等，该反应化学方程式为_______。 (2)滤渣 1 的成分为_______。 (3)为使溶液中铝元素尽可能生成沉淀而除去，则需调节溶液中 、 浓度均不超过 .为达 此目的酸化 1 溶液的 范围是_______。已知： ； (4)酸化 2 时，酸化的作用是_______，在酸化时溶液酸性不能太强的原因是_______。 (5)称取 ，样品 ，配成 溶液，取 于碘量瓶中，加入稀硫酸和足量碘化钾， 并放于暗处，约 后加入适量水和数滴淀粉指示剂，用 标准溶液滴定至终点(杂 质不参与反应)，共用去 标准溶液 ，所得样品中 的质量分数为_______。相关 反应：(ⅰ) (ⅱ) 【答案】 2 +4 + +3 + +4 +4Na2CrO4 、 。 5<