专题10 化学工艺流程题-2021年高考化学三轮复习回归基础与易错点拨（解析版）

2021 年高考化学三轮复习回归基础与易错点拨 专题十 化学工艺流程题 一、【考纲样题说明】 【例 1】离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电 剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为 6C+xLi++xe-═LixC6。现欲利用以下工艺流程 回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）． 回答下列问题： （1）LiCoO2 中，Co 元素的化合价为______． （2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式______． （3）“酸浸”一般在 80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式__________________； 可用盐酸代替 H2SO4 和 H2O2 的混合液，但缺点是______________________________ （4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式______． （5）充放电过程中，发生 LiCoO2 与 Li1-xCoO2 之间的转化，写出放电时电池反应方程式______． （6）在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有______（填化学式）． 【答案】 (1)＋3 (2)2Al＋2OH－＋6H2O===2Al(OH)4 －＋3H2↑ (3)2LiCoO2＋3H2 SO4＋H2O2 Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、 2H2O2 2H2O＋O2↑ 有氯气生成，污染较大 (4)CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑ (5)Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C (6)Li＋从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4 【解析】(1)因锂在化合物中通常为＋1 价，故 LiCoO2 中 Co 为＋3 价。 (2)由碱浸后经一系列处理可得到 Al(OH)3 及正极材料中含有铝箔知，碱浸时单质铝与 NaOH 溶液反应，由 此可写出对应的离子方程式。 (3)由流程图知，钴元素最后变成＋2 价，故酸浸时发生的是 LiCoO2 氧化 H2O2 的反应：LiCoO2＋H2SO4＋ H2O2―→Li2SO4＋CoSO4＋H2O＋O2↑，配平即可。另外还存在 H2O2 受热分解生成水与 O2 的反应。用盐酸 代替硫酸与 H2O2 的混合液时，会得到有毒的氧化产物 Cl2，造成环境污染。 (4)由流程图知，加入 NH4HCO3 后硫酸钴转化为碳酸钴，HCO3 －在转化为 CoCO3 的过程中，电离出的 H＋会 与另外一部分 HCO3 －作用生成 CO2 与水，NH4+、SO42－结合为(NH4)2SO4，由此可写出对应的化学方程式。 (5)由充电时阴极(题目中锂离子电池的负极)的电极反应式知，放电时 LixC6 是反应物，Li＋是生成物，锂的价 态升高，故另一反应物中钴的价态降低，由此知该反应物是 Li1－xCoO2，相应的反应方程式为 LixC6＋Li1－ xCoO2===LiCoO2＋6C。 (6)放电时，负极上的锂失去电子变成 Li＋，进入溶液后再向正极移动并进入正极材料中，相当于在正极上富 集了锂。由流程图知，能回收的金属化合物有三种。 【说明】本题紧密联系生活实际，以锂离子电池正极材料的再生利用工艺为背景，考查内容涉及常见金属、 非金属元素及其化合物的性质与应用，化学反应方程式、离子反应方程式与电极反应式的书写，氧化还原 反应的本质与配平，常见化学电源的种类及其工作原理，常见元素的化合价及根据化学式判断化合价，反 应条件对产物的控制与影响，离子反应概念、质量守恒定律的含义。 【例 2】NaClO2 是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下： 回答下列问题： (1)NaClO2 中 Cl 的化合价为________。 (2)写出“反应”步骤中生成 ClO2 的化学方程式： ________________________________________________________________。 (3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去 Mg2＋和 Ca2＋，要加入的试剂分别为________、 ________。“电解”中阴极反应的主要产物是________。 (4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量 ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 ________，该反应中氧化产物是________。 (5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少 克 Cl2 的氧化能力。NaClO2 的有效氯含量为________。(计算结果保留两位小数) 【答案】 (1)＋3 (2)2NaClO3＋SO2＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4 (3)NaOH 溶液 Na2CO3 溶液 ClO－ 2 (或 NaClO2) (4)2∶1 O2 (5)1.57 【解析】 (1)由化合价规则知，NaClO2 中 Cl 的化合价为＋3。 (2)由工艺流程图可以看出 SO2、H2SO4、NaClO3 为反应物，ClO2、NaHSO4 为生成物，再根据化合价升 降法配平得出化学方程式为 SO2＋H2SO4＋2NaClO3===2ClO2＋2NaHSO4。 (3)粗盐水精制时除去 Mg2＋通常用 NaOH 溶液，生成氢氧化镁沉淀，过滤除去；除去 Ca2＋通常用 Na2CO3 溶液，生成碳酸钙沉淀，过滤除去。电解时阴极为得电子极，因此产物的化合价应降低，即生成 NaClO2。 (4)由信息“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量 ClO2 知，反应物之一为 ClO2，再由生产工艺流程图 知，用的吸收试剂是 NaOH、H2O2，由生产工艺流程图知产物之一为 NaClO2，由 ClO2 生成 NaClO2， Cl 的化合价由＋4 变为＋3，化合价降低，ClO2 为氧化剂，则 H2O2 为还原剂，化合价升高，生成氧气， 再由电子守恒得，此吸收反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 2∶1，该反应中氧化产物是 O2。 (5)由信息知，要求出每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克 Cl2 的氧化能力，先求得 1 g NaClO2 变为 Cl－转移的电子数为 1 90.5×4NA，再设有 x g Cl2 变为 Cl－的氧化能力与 1 g NaClO2 的氧化能力相当，列方 程得 1 90.5×4NA＝ x 71×2NA，解得 x≈1.57，即为有效氯含量。 【说明】本题紧密联系化工生产实际，以“氯酸钠、SO2、NaCl 等原料合成 NaClO2”为情境，流程图中展示 了若干考生熟悉和不熟悉的信息，考查内容涉及常见元素单质及其化合物的物理性质、化学性质及应用， 较复杂化合物中元素化合价的计算，化学反应原理及其应用，离子反应的概念，化学方程式的书写，氧化 还原反应的本质、基本概念与方程式的配平，电解原理及其电极产物判断，利用离子反应生成除去杂质离 子的原理和方法，简单的化学计算等。该题给出的信息非常丰富，要求考生既要具有接受、吸收与整合化 学信息的能力，又要具有分析问题和解决问题的能力。 二、【高考样题补充】 1．[2020 新课标Ⅰ]钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5 价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅 酸盐，以及 SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备 NH4VO3。 该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示： 金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Mn2+ 开始沉淀 pH 1.9 7.0 3.0 8.1 完全沉淀 pH 3.2 9.0 4.7 10.1 回答下列问题： （1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是___________。 （2）“酸浸氧化”中，VO+和 VO2+被氧化成 2VO ，同时还有___________离子被氧化。写出 VO+转化为 2VO 反应的离子方程式___________。 （3）“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为 2 5 2V O H Ox ，随滤液②可除去金属离子 K+、Mg2+、Na+、 ___________，以及部分的___________。 （4）“沉淀转溶”中， 2 5 2V O H Ox 转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是___________。 （5）“调 pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是___________。 （6）“沉钒”中析出 NH4VO3 晶体时，需要加入过量 NH4Cl，其原因是___________。 【答案】（1）加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全） （2）Fe2+ VO++MnO2 +2H+ = 2VO +Mn2++H2O （3）Mn2+ Al3+和 Fe3+ （4）Fe(OH)3 （5）NaAl(OH)4+ HCl= Al(OH)3↓+NaCl+H2O （6）利用同离子效应，促进 NH4VO3 尽可能析出完全 【解析】 【分析】 黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5 价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及 SiO2、Fe3O4，用 30%H2SO4 和 MnO2“酸浸氧化”时 VO+和 VO2+被氧化成 + 2VO ，Fe3O4 与硫酸反应生成的 Fe2+被氧化成 Fe3+，SiO2 此过 程中不反应，滤液①中含有 + 2VO 、K+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、 2- 4SO ；滤液①中加入 NaOH 调节 pH=3.0~3.1， 钒水解并沉淀为 V2O5·xH2O，根据表中提供的溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH，此过程中 Fe3+部 分转化为 Fe(OH)3 沉淀，部分 Al3+转化为 Al(OH)3 沉淀，滤液②中含有 K+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、 2- 4SO ，滤饼②中含 V2O5·xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3，滤饼②中加入 NaOH 使 pH>13，V2O5·xH2O 转化为钒 酸盐溶解，Al(OH)3 转化为 NaAlO2，则滤渣③的主要成分为 Fe(OH)3；滤液③中含钒酸盐、偏铝酸钠，加入 HCl 调 pH=8.5，NaAlO2 转化为 Al(OH)3 沉淀而除去；最后向滤液④中加入 NH4Cl“沉钒”得到 NH4VO3。 【详解】 （1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是：升高温度，加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全），故答案为： 加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全）； （2）“酸浸氧化”中，钒矿粉中的 Fe3O4 与硫酸反应生成 FeSO4、Fe2(SO4)3 和水，MnO2 具有氧化性，Fe2+具 有还原性，则 VO+和 VO2+被氧化成 + 2VO 的同时还有 Fe2+被氧化，反应的离子方程式为 MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；VO+转化为 + 2VO 时，钒元素的化合价由+3 价升至+5 价，1molVO+失 去 2mol 电子，MnO2 被还原为 Mn2+，Mn 元素的化合价由+4 价降至+2 价，1molMnO2 得到 2mol 电子，根 据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，VO+转化为 + 2VO 反应的离子方程式为 VO++MnO2+2H+= + 2VO +Mn2++H2O，故答案为：Fe2+，VO++MnO2+2H+= + 2VO +Mn2++H2O； （3）根据分析，“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为 V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子 K+、Mg2+、Na+、 Mn2+，以及部分的 Fe3+、Al3+，故答案为：Mn2+，Fe3+、Al3+； （4）根据分析，滤渣③的主要成分是 Fe(OH)3，故答案为：Fe(OH)3； （5）“调 pH”中有沉淀生成，是 NaAlO2 与 HCl 反应生成 Al(OH)3 沉淀，生成沉淀反应的化学方程式是 NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或 Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O，故答案为： NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或 Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O。 （6）“沉钒”中析出 NH4VO3 晶体时，需要加入过量 NH4Cl，其原因是：增大 NH4+离子浓度，利用同离子效 应，促进 NH4VO3 尽可能析出完全，故答案为：利用同离子效应，促进 NH4VO3 尽可能析出完全。 【点睛】 本题以黏土钒矿制备 NH4VO3 的工艺流程为载体，考查流程的分析、物质的分离和提纯、反应方程式的书 写等，解题的关键是根据物质的流向分析每一步骤的作用和目的。 2．[2020 新课标Ⅲ]某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属 Ni、Al、Fe 及其氧化物，还有少量 其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体（NiSO4·7H2O）： 溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示： 金属离子 Ni2+ Al3+ Fe3+ Fe2+ 开始沉淀时（c=0.01 mol·L−1）的 pH 沉淀完全时（c=1.0×10−5 mol·L−1）的 pH 7.2 8.7 3.7 4.7 2.2 3.2 7.5 9.0 回答下列问题： （1）“碱浸”中 NaOH 的两个作用分别是______________。为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性， 生成沉淀。写出该反应的离子方程式______________。 （2）“滤液②”中含有的金属离子是______________。 （3）“转化”中可替代 H2O2 的物质是______________。若工艺流程改为先“调 pH”后“转化”，即 ，“滤液③”中可能含有的杂质离子为______________。 （4）利用上述表格数据，计算 Ni(OH)2 的 Ksp=______________（列出计算式）。如果“转化”后的溶液中 Ni2+浓度为 1.0 mol·L−1，则“调 pH”应控制的 pH 范围是______________。 （5）硫酸镍在强碱溶液中用 NaClO 氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的 NiOOH。写出该反应 的离子方程式______________。 （6）将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是______________。 【答案】（1）除去油脂，溶解铝及其氧化物 4Al(OH) +H+=Al(OH)3↓+H2O （2）Ni2+、Fe2+、Fe3+ （3）O2 或空气 Fe3+ （4）0.01×(107.2−14)2[或 10−5×(108.7−14)2] 3.2~6.2 （5）2Ni2++ClO−+4OH−=2NiOOH↓+ Cl−+H2O （6）提高镍回收率 【解析】 【分析】 由工艺流程分析可得，向废镍催化剂中加入 NaOH 溶液进行碱浸，可除去油脂，并发生反应 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、2Al2O3+4NaOH=4NaAlO2+2H2O 将 Al 及其氧化物溶解，得到的滤液① 含有 NaAlO2，滤饼①为 Ni、Fe 及其氧化物和少量其他不溶性杂质，加稀 H2SO4 酸浸后得到含有 Ni2+、Fe2+、 Fe3+的滤液②，Fe2+经 H2O2 氧化为 Fe3+后，加入 NaOH 调节 pH 使 Fe3+转化为 Fe(OH)3 沉淀除去，再控制 pH 浓缩结晶得到硫酸镍的晶体，据此分析解答问题。 【详解】 （1）根据分析可知，向废镍催化剂中加入 NaOH 溶液进行碱浸，可除去油脂，并将 Al 及其氧化物溶解， 滤液①中含有 NaAlO2(或 Na[Al(OH)4])，加入稀硫酸可发生反应 - 2AlO +H++H2O=Al(OH)3↓或  - 4Al OH +H+=Al(OH)3↓+H2O，故答案为：除去油脂、溶解铝及其氧化物； - 2AlO +H++H2O=Al(OH)3↓或  - 4Al OH +H+=Al(OH)3↓+H2O； （2）加入稀硫酸酸浸，Ni、Fe 及其氧化物溶解，所以“滤液②”中含有的金属离子是 Ni2+、Fe2+、Fe3+，故 答案为：Ni2+、Fe2+、Fe3+； （3）“转化”在 H2O2 的作用是将 Fe2+氧化为 Fe3+，可用 O2 或空气替代；若将工艺流程改为先“调 pH”后“转 化”，会使调 pH 过滤后的溶液中含有 Fe2+，则滤液③中可能含有转化生成的 Fe3+，故答案为：O2 或空气； Fe3+； （4）由上述表格可知，Ni2+完全沉淀时的 pH=8.7，此时 c(Ni2+)=1.0×10-5mol·L-1，c(H+)=1.0×10-8.7mol·L-1， 则 c(OH-)=   -14 8.7-14w -8.7+ 10= =10 1.0 10H K c  ，则 Ni(OH)2 的      22+ 2 - -5 8.7-14 sp = Ni OH =10 10K c c  ；或者当 Ni2+ 开始沉淀时 pH=7.2，此时 c(Ni2+)=0.01mol·L-1，c(H+)=1.0×10-7.2mol·L-1，则 c(OH-)=   -14 7.2-14w -7.2+ 10= =10 1.0 10H K c  ， 则 Ni(OH)2 的      22+ 2 - 7.2-14 sp = Ni OH =0.01 10K c c  ；如果“转化”后的溶液中 Ni2+浓度为 1.0mol·L-1，为避 免镍离子沉淀，此时      27.2-14 sp- -7.8 -1 2+ 0.01 10 OH = = =10 mol L 1.0Ni K c c   ，则     -14 + -6.2w -7.8- 10H = = =10 10OH Kc c ，即 pH=6.2；Fe3+完全沉淀的 pH 为 3.2，因此“调节 pH”应控制的 pH 范围是 3.2~6.2，故答案为：    2 27.2-14 -5 8.7-140.01 10 10 10 或 ；3.2~6.2； （5）由题干信息，硫酸镍在强碱中被 NaClO 氧化得到 NiOOH 沉淀，即反应中 Ni2+被氧化为 NiOOH 沉淀， ClOˉ被还原为 Clˉ，则根据氧化还原得失电子守恒可得离子方程式为 2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H2O， 故答案为：2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H2O； （6）分离出硫酸镍晶体后的母液中还含有 Ni2+，可将其收集、循环使用，从而提高镍的回收率，故答案为： 提高镍的回收率。 【点睛】 本题主要考查金属及其化合物的性质、沉淀溶解平衡常数 Ksp 的计算、氧化还原离子反应方程式的书写等 知识点，需要学生具有很好的综合迁移能力，解答关键在于正确分析出工艺流程原理，难点在于 Ksp 的计 算及“调 pH”时 pH 的范围确定。 3．[2020 年山东新高考]用软锰矿（主要成分为 MnO2，含少量 Fe3O4、Al2O3）和 BaS 制备高纯 MnCO3 的工 艺流程如下： 已知：MnO2 是一种两性氧化物；25℃时相关物质的 Ksp 见下表。 物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mn(OH)2 Ksp 16.31 10 38.61 10 32.31 10 12.71 10 回答下列问题： （1）软锰矿预先粉碎的目的是 ，MnO2 与 BaS 溶液反应转化为 MnO 的化学方程式 为 。 （2）保持 BaS 投料量不变，随 MnO2 与 BaS 投料比增大，S 的量达到最大值后无明显变化，而 Ba(OH)2 的量达到最大值后会减小，减小的原因是 。 （3）滤液 I 可循环使用，应当将其导入到 操作中（填操作单元的名称）。 （4）净化时需先加入的试剂 X 为 （填化学式）。再使用氨水调溶液的 pH，则 pH 的理论最小 值为_______(当溶液中某离子浓度 5 11.0 10 mol Lc   „ 时，可认为该离子沉淀完全）。 （5）碳化过程中发生反应的离子方程式为 。 【答案】（1）增大接触面积，充分反应，提高反应速率； 2 2 2MnO BaS H O Ba(OH) MnO S     （2）过量的 MnO2 消耗了产生的 Ba(OH)2 （3）蒸发 （4）H2O2；4.9 （5） 2 3 3 2 3 4 2Mn HCO NH H O MnCO NH H O        【解析】 【分析】 软锰矿粉(主要成分为 MnO2，含少量 Fe3O4、Al2O3)加入硫化钡溶液进行反应，主要发生 MnO2+BaS+H2O=Ba(OH)2+MnO+S，过滤得到 Ba(OH)2 溶液，经蒸发结晶、过滤、干燥得到氢氧化钡；滤渣 用硫酸溶解，得到的滤液中主要金属阳离子有 Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+，得到的滤渣为不溶于稀硫酸的硫磺； 之后向滤液中加入合适的氧化剂将 Fe2+转化为 Fe3+，然后加入氨水调节 pH，使 Fe3+、Al3+转化为沉淀除去， 压滤得到的废渣为 Fe(OH)3 和 Al(OH)3，此时滤液中的金属阳离子只有 Mn2+，向滤液中加入碳酸氢铵、氨水， Mn2+和碳酸氢根电离出的碳酸根结合生成碳酸锰沉淀，过滤、洗涤、干燥得到高纯碳酸锰。 【详解】 （1）软锰矿预先粉碎可以增大反应物的接触面积，使反应更充分，提高反应速率；MnO2 与 BaS 反应转化 为 MnO，Mn 元素的化合价由+4 价降低为+2 价，根据元素价态规律可知-2 价的 S 元素应被氧化得到 S 单质， 则 MnO2 与 BaS 的系数比应为 1:1，根据后续流程可知产物还有 Ba(OH)2，结合元素守恒可得化学方程式为： MnO2+BaS+H2O=Ba(OH)2+MnO+S； （2）根据题目信息可知 MnO2 为两性氧化物，所以当 MnO2 过量时，会消耗反应产生的 Ba(OH)2，从而使 Ba(OH)2 的量达到最大值或会减小； （3）滤液 I 为结晶后剩余的 Ba(OH)2 饱和溶液，所以可以导入到蒸发操作中循环使用； （4）净化时更好的除去 Fe 元素需要将 Fe2+氧化为 Fe3+，为了不引入新的杂质，且不将 Mn 元素氧化，加入 的试剂 X 可以是 H2O2；根据表格数据可知，Fe(OH)3 和 Al(OH)3 为同种沉淀，而 Al(OH)3 的 Ksp 稍大，所以 当 Al3+完全沉淀时，Fe3+也一定完全沉淀，当 c(Al3+)=1.0×10-5mol/L 时， c(OHˉ)=     3 3 -32.3 3 -1 -53 sp + Al OH 1 10= mol L1 10Alc K       =10-9.1mol/L，所以 c(H+)=10-4.9mol/L，pH=4.9，即 pH 的理论 最小值为 4.9； （5）碳化过程 Mn2+和碳酸氢根电离出的碳酸根结合生成碳酸锰沉淀，促进碳酸氢根的电离，产生的氢离子 和一水合氨反应生成铵根和水，所以离子方程式为 Mn2++HCO - 3 +NH3·H2O=MnCO3↓+NH 4  +H2O。 三、【回归基础】 （一）教材中的工艺流程 1．从铝土矿中提炼铝 流程Ⅰ (1)涉及反应(写出并配平化学方程式) ①Al2O3＋ 6 HCl===2AlCl3＋3H2O Fe2O3＋ 6 HCl===2FeCl3＋3H2O ②AlCl3＋ 4 NaOH===NaAlO2＋3NaCl＋2H2O FeCl3＋ 3 NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl HCl＋NaOH===NaCl＋H2O ③NaAlO2＋ 2 H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3 NaOH＋CO2===NaHCO3 ④ 2 Al(OH)3===== △ Al2O3＋3H2O ⑤ 2 Al2O3(熔融)===== 电解 4Al＋3O2↑ (2)问题探讨(思考并回答问题) ①步骤①加入过量盐酸后的实验操作是什么？ 提示：过滤。 ②步骤②能否用氨水代替 NaOH 溶液？ 提示：不能；原因是 Al3＋与过量氨水反应生成 Al(OH)3 沉淀，达不到分离 Al3＋、Fe3＋的目的。 ③步骤③中若将 CO2 的量改为“少量”，得到的产物还是 NaHCO3 吗？ 提示：不是 NaHCO3 而是 Na2CO3。 流程Ⅱ (1)涉及反应 ①Al2O3＋ 2 NaOH===2NaAlO2＋H2O SiO2＋ 2 NaOH===Na2SiO3＋H2O ②Na2SiO3＋ 2 HCl===H2SiO3↓＋2NaCl NaAlO2＋ 4 HCl===NaCl＋AlCl3＋2H2O NaOH＋HCl===NaCl＋H2O ③ 1 AlCl3＋ 3 NH3·H2O=== 1 Al(OH)3↓＋ 3 NH4Cl HCl＋NH3·H2O===NH4Cl＋H2O (2)问题探讨 ①步骤②中将盐酸改为“CO2”合适吗？为什么？ 提示：不合适；因为过量 CO2 与 NaAlO2、Na2SiO3 反应生成 Al(OH)3 和 H2SiO3 沉淀，达不到分离 SiO 2－ 3 和 AlO － 2 的目的。 ②步骤③中将氨水改为“NaOH 溶液”合适吗？ 提示：不合适；因为 Al(OH)3 能溶于 NaOH。 ③冶炼金属铝能否用氯化铝代替氧化铝？ 提示：不能；因为 AlCl3 属于共价化合物。 2．硅的制备 石英砂 ――→ ①焦炭 高温 粗硅――→ ②Cl2 加热 四氯化硅――→ ③H2 高温 纯硅 (1)涉及反应 ① 1 SiO2＋ 2 C===== 高温 1 Si＋ 2 CO↑ ② 1 Si＋ 2 Cl2===== 加热 1 SiCl4 ③SiCl4＋ 2 H2===== 高温 Si＋4HCl (2)问题探讨 ①步骤①中石英砂与焦炭高温下反应时为什么要隔绝空气？ 提示：高温下，焦炭和空气中的 O2 发生反应。 ②用石英砂和焦炭制备粗硅的反应中，焦炭的作用是什么？ 提示：提供能量，作还原剂。 ③粗硅与 HCl 完全反应后，经冷凝得到的 SiCl4(沸点 57.6 ℃)中混有少量的 SiHCl3(沸点 33 ℃)，提纯 SiCl4 采用的方法是什么？ 提示：蒸馏。 ④由 SiO2 与 C 高温下反应得到的粗硅中可能含有什么杂质？ 提示：SiO2、C、SiC 等。 3．氯碱工业 (1)涉及反应 ①2NaCl＋ 2 H2O 电解,2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ ②Cl2＋ 2 NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O ③ 2 Cl2＋ 2 Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O ④H2＋Cl2 点燃,2HCl (2)问题探讨 ①食盐中含有 Ca2＋、Mg2＋、SO 2－ 4 等杂质离子，如何设计实验方案除去这些杂质离子？ 提示： ②工业上电解食盐水制烧碱时，食盐水为什么必须要精制？ 提示：精制食盐水的目的是除去食盐水中的 Ca2＋、Mg2＋、SO 2－ 4 等杂质离子，以防 Mg2＋与 OH－结合生 成 Mg(OH)2 堵塞隔膜电解槽中的隔膜，造成电解失败。 ③用惰性电极电解饱和食盐水时，为什么要用隔膜把电解槽分成阳极室、阴极室？ 提示：电解时，阳极产生 Cl2，阴极产生 H2，若无隔膜，二者混合光照时会发生爆炸，隔膜的作用是将 H2 和 Cl2 隔开，以防发生危险。 ④步骤③制取漂白粉时是将 Cl2 通入澄清石灰水中吗？ 提示：不是；原因是澄清石灰水中 Ca(OH)2 的含量低，不适合工业大量生产，应改为石灰乳。 4．工业上利用黄铁矿(FeS2)制取硫酸 (1)涉及反应 ① 4 FeS2＋ 11 O2===== 高温 2 Fe2O3＋ 8 SO2 ② 2 SO2＋ 1 O2 催化剂 △ 2 SO3 ③SO3＋H2O===H2SO4 (2)问题探讨 ①煅烧黄铁矿要在沸腾炉中进行，其中矿石要粉碎，从炉底鼓入空气，炉中的粉末状固体就像沸腾的 液体一样，煅烧时为什么要将矿石粉碎成粉末状？ 提示：增大矿石和氧气的接触面积，提高燃烧效率。 ②在接触室中通入过量的氧气，能否将 SO2 全部转化成 SO3? 提示：不能；原因是 SO2 催化氧化成 SO3 的反应是可逆反应。 ③依据化学反应速率和化学平衡原理，增大压强对 SO2 催化氧化成 SO3 的反应是十分有利的，而工业 生产上为什么不采用高压而采用常压下进行反应？ 提示：常压下，SO2 催化氧化成 SO3 的转化率已经很高，增大压强，即增加了设备的投资，得不偿失。 ④吸收塔中发生的是 SO3 与水的反应，为什么吸收 SO3 气体时用 98%的浓硫酸而不用水吸收？ 提示：用水吸收 SO3 易形成硫酸的酸雾，影响吸收效率。 ⑤硫酸工厂的尾气中含有大量的 SO2，写出用氨水吸收 SO2 的化学方程式。 提示：SO2＋NH3·H2O===NH4HSO3,2NH3·H2O＋SO2===(NH4)2SO3＋H2O。 5．工业制硝酸 (1)涉及反应 ① 4 NH3＋ 5 O2 ===== 催化剂 △ 4 NO＋ 6 H2O ② 2 NO＋ 1 O2=== 2 NO2 ③ 3 NO2＋ 1 H2O=== 2 HNO3＋NO (2)问题探讨 ①步骤③吸收塔中为什么 NO2 被水吸收过程中要补充一定量的空气？ 提示：因 NO2 与水反应生成 HNO3 时只有2 3 的 NO2 转化成 HNO3，通入空气的目的是使 NO2 与 O2 作用 完全转化成 HNO3，方程式为 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。 ②工业制硝酸时，能否将工业尾气直接排入大气中？ 工业尾气中有害气体的主要成分是什么？ 提示：不能；NO 和 NO2。 ③已知：①NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O ②2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O 硝酸工厂的尾气可用 NOx(NO 与 NO2 的混合气体)表示，用 NaOH 溶液可吸收尾气，为使 NOx 完全被 NaOH 溶液吸收 x 的取值范围是什么？如何操作才能保证 NOx 完全被 NaOH 溶液吸收？ 提示：1.5≤x0， ②Ksp(PbCl2)=1.7×10－5 Ksp(PbSO4)=2.5×10－8 回答下列问题： （1）铅渣“浸出”后，“浸出渣”的主要成分是 CaSO4 和___________。 （2）“操作 1”通过多步操作得到 PbCl2，分别为___________、___________、过滤、洗涤。 （3）“转化”后得到 PbSO4，当 c(Cl－)=0.100mol/L 时，c(SO42－)=___________(结果保留一位小数)；“转化” 时需要升高体系温度，其原因是_________________________________。 （4）写出合成三盐基硫酸铅的化学方程式_________________________________。 （5）氨水络合后铅的存在形态是[ Pb(OH)SO4]－，写出“氧化”发生的离子反应方程式 __________________________________________________________________。 （6）一种新型的铅锂电池的充放电示意图如下，写出放电时的正极反应式___________。 【答案】 (1). SiO2 (2). 蒸发浓缩 (3). 冷却结晶 (4). 1.5×10-5mol/L (5). 升高温度有利于 HCl 逸 出 ， 使 PbCl2(s)+H2SO4(aq) PbSO4(s)+2HCl(aq) 向 右 移 动 (6). 4PbSO4 ＋ 6NaOH=3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O (7). [Pb(OH)SO4]－＋S2O82－＋3OH－=PbO2↓＋3SO42－＋2H2O (8). Li1－xMn2O4＋xe－＋xLi＋=LiMn2O4 【解析】（1）铅废渣(主要含 PbSO4、 PbCl2、 SiO2)加入 CaCl2 、NaCl 溶液，“浸出”过程发生的反应： PbSO4(s)+2Cl－(aq) PbCl2(s)+SO42－(aq)和 PbCl2(s)+2Cl－(aq) PbCl42－(aq) △ H>0，铅渣“浸出”后， “浸出渣”的主要成分是 CaSO4 和 SiO2； （2）“操作 1”分别经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到 PbCl2 晶体。 （3）“转化”后得到 PbSO4，PbSO4(s)+2Cl－(aq) PbCl2(s)+SO42－(aq)，当 c(Cl－)=0.100mol/L 时，c(SO42 －)=c2(Cl-)Ksp(PbSO4)/Ksp(PbCl2)=0.1002×2.5×10－8/1.7×10－5=1.5×10-5；“转化”时需要升高体系温度，其原因是 升高温度有利于 HCl 逸出，使 PbCl2(s)+H2SO4(aq) PbSO4(s)+2HCl(aq)向右移动。 （4）已知三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO4·H2O)，反应物为 PbSO4 和 NaOH，合成三盐基硫酸铅的化学方程式 4PbSO4＋6NaOH=3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O。 （5）3PbO·PbSO4·H2O 氨水络合后铅的存在形态是[ Pb(OH)SO4]－，+2 价铅氧化成+4 价，“氧化”发生的离子 反应方程式[Pb(OH)SO4]－＋S2O82－＋3OH－=PbO2↓＋3SO42－＋2H2O。 （6）新型的铅锂电池放电时正极发生还原反应，正极反应式 Li1－xMn2O4＋xe－＋xLi＋=LiMn2O4。 【点拨】陌生化学方程式的书写难点在于对于体系（溶液）环境的解读，判断的时候要留意之前的过程中 都加入了什么物质。 4.“变废为宝”是化工的重要主题。工业上可用电子工业中刻蚀线路板的酸性废液(主要成分有 CuCl2，FeCl2 等)制备碱式碳酸铜 Cu2(OH)2CO3]，其制备过程如下图所示： 查阅资料得知，一定浓度的 Cu2+、Fe2+、Fe3+生成氢氧化物沉淀的 pH 如下表： 金属离子 Cu2+ Fe2+ Fe3+ 开始沉淀的 pH 4.2 6.5 1.4 沉淀完全的 pH 6.7 9.7 3.7 （1）电子工业中用 FeCl3 溶液制作铜制印刷电路板，该反应的离子方程式为___________。 （2）操作 I、操作Ⅱ所用的玻璃仪器除烧杯外还需要______________________。 （3）氯酸钠的作用是____________________________________________；反应 A 中氧化剂与还原剂物质的 量之比是___________。 （4）调节 pH 的范围为___________，可以选择的试剂是___________(填序号)。 A.氨水 B.硫酸铜 C.氧化铜 D.氢氧化铜 （5）已知滤液Ⅱ中含有碳酸氢钠，写出生成碱式碳酸铜的离子方程式：___________。 （6）若废液中 CuCl2 的含量为 13.5%，则 1 吨废液理论上可提炼碱式碳酸铜________吨。 【答案】 (1). 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ (2). 漏斗、玻璃棒 (3). 将 Fe2+氧化为 Fe3+ (4). 1:6 (5). 3.7～4.2 (6). CD (7). 2Cu2++3CO32-+2H2O=Cu2（OH）2CO3↓+2HCO3- (8). 0.111 【解析】（1）FeCl3 溶液与铜发生反应生成亚铁离子与铜离子：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ ；正确答案： 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ （2）操作Ⅰ、操作Ⅱ是过滤，过滤装置所需的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；正确答案：漏斗、玻璃棒 （3）氯酸钠把 Fe2+氧化为 Fe3+， NaClO3 被还原为氯化钠，氯元素由正五价降到负一价，Fe2+到 Fe3+升高一 价，根据得失电子数相等，得出关系式 NaClO3～6 Fe2+，即氧化剂与还原剂物质的量之比为 1:6；正确答案: 1:6 （4）调节 pH 使得铁离子沉淀完全，铁离子沉淀完全 pH 为 3.7，铜离子开始沉淀 pH 为 4.2，故应控制 pH 为 3.7～4.2，使铁离子沉淀完全而铜离子不沉淀；氨水会引入杂质离子，硫酸铜不能使溶液 pH 升高，氢氧 化铜和氧化铜能和氢离子反应，能调节 pH，且不会引入杂质，可用作调节 pH 的试剂。正确答案：3.7～4.2 CD。 （5）根据题意铜离子和碳酸根离子反应生成碱式碳酸铜和碳酸氢根离子，离子方程式为 2Cu2++3CO32-+2H2O=Cu2（OH）2CO3↓+2HCO3 －； 正确答案：2Cu2++3CO32-+2H2O=Cu2（OH）2CO3↓+2HCO3 － （6）设生成的碱式碳酸铜的质量为 x，利用铜的守恒，列关系式进行计算 2CuCl2～Cu2（OH）2CO3 2×135 吨 222 吨 1 吨×13.5% x x= =0.111 吨 正确答案：0.111 【点拨】利用表格信息进行物质的除杂是高考常考点，必须具备这项能力。 5．以高硫铝土矿（主要成分为 Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量 FeS2 和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得 Fe3O4 的部分工艺流程如下： （1）焙烧过程均会产生 SO2，用 NaOH 溶液吸收过量 SO2 的离子方程式为______________________。 （2）添加 1%CaO 和不添加 CaO 的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如题 16 图所示。 已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于 600 ℃ 硫去除率=（1− 焙烧后矿粉中硫元素总质量 焙烧前矿粉中硫元素总质量 ）×100% ①不添加 CaO 的矿粉在低于 500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于__________________。 ②700℃焙烧时，添加 1%CaO 的矿粉硫去除率比不添加 CaO 的矿粉硫 去除率低，其主要原因是 ______________________________________________________。 （3）向“过滤”得到的滤液中通入过量 CO2，铝元素存在的形式由_______________（填化学式）转化为 _______________（填化学式）。 （4）“过滤”得到的滤渣中含大量的 Fe2O3。Fe2O3 与 FeS2 混合后在缺氧条件下焙烧生成 Fe3O4 和 SO2， 理论上完全反应消耗的 n(FeS2)∶n(Fe2O3)=__________________。 【答案】（1）SO2+OH− HSO3− （2）①FeS2 ②硫元素转化为 CaSO4 而留在矿粉中 （3）NaAlO2 Al(OH)3 （4）1∶16 【解析】（1）过量 SO2 与 NaOH 反应生成 NaHSO3 和 H2O，反应的化学方程式为 SO2+NaOH=NaHSO3，离 子方程式为 SO2+OH-=HSO3-。 （2）①根据题给已知，多数金属硫酸盐的分解温度高于 600℃，不添加 CaO 的矿粉低于 500℃焙烧时，去 除的硫元素主要来源于 FeS2。 ②添加 CaO，CaO 起固硫作用，添加 CaO 发生的反应为 2CaO+2SO2+O2=2CaSO4，根据硫去除率的含义， 700℃焙烧时，添加 1%CaO 的矿粉硫去除率比不添加 CaO 的矿粉硫去除率低的原因是：硫元素转化为 CaSO4 留在矿粉中。 （3）“碱浸”时 Al2O3、SiO2 转化为溶于水的 NaAlO2、Na2SiO3，向“过滤”得到的滤液中通入过量 CO2，CO2 与 NaAlO2 反应生成 NaHCO3 和 Al（OH）3，反应的离子方程式为 CO2+AlO2-+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-， 即 Al 元素存在的形式由 NaAlO2 转化为 Al（OH）3。[ （ 4 ） Fe2O3 与 FeS2 混 合 后 在 缺 氧 条 件 下 焙 烧 生 成 Fe3O4 和 SO2 ， 反 应 的 化 学 方 程 式 为 FeS2+16Fe2O3 11Fe3O4+2SO2↑，理论上完全反应消耗的 n（FeS2）：n（Fe2O3）=1:16。 点睛：本题以高硫铝土矿为原料生产氧化铝和 Fe3O4 的流程为载体，考查流程的分析，Fe、Al、S 元素及其 化合物的性质，图像的分析，获取新信息的能力，指定情境下方程式的书写。如 NaOH 溶液吸收过量 SO2 则产物为HSO3−，Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧则没有氧气作氧化剂等需注意反应物及用量的不同。 【点拨】在近年高考中，图像的分析能力是考查的热点。这个内容的考查在化工流程中往往不太难，只要 知道图像的基本解读方法即可。 五、【尝试应用】 1.【广东省佛山市 2021 届普通高中高三教学质量检测一】用硼镁矿(主要成分为 2 3 22MgO B O H O  ，含 2SiO 、 3CaCO 、铁和铝的氧化物等杂质)生产硼酸 3 3H BO 并回收硫酸镁的工艺流程如图： 回答下列问题： (1)“酸浸”过程发生的主要化学反应方程式为_______。 为避免“酸浸”产生大量气泡使物料溢出，应采取的措施为_______。 (2)“除杂”时向滤液中加入 H2O2 和试剂 a，H2O2 的作用为_______(用离子方程式表示).试剂 a 为_______。 (3)硫酸镁的溶解度随温度变化曲线如图所示.得到 4 2MgSO 7H O 的温度范围为_______，为从“母液”中充分 回收 4 2MgSO H O ，应保持“母液”在_______℃以上蒸发浓缩、_______，再用乙醇洗涤后干燥。 (4)加热10.54g 硫酸镁晶体，得到5.14g 硫酸镁固体，则硫酸镁晶体的结晶水含量 x=_______。 【答案】 2 3 2 2 42MgO B O H O+2H SO  4 3 3=2MgSO +2H BO 分批慢慢加入硫酸(或用搅拌器搅拌) 2 3 2 2 22Fe H O 2H 2Fe 2H O      MgO [或 3MgCO 、 2Mg(OH) ] 1.8~48.1℃ 67.5 趁热过滤 7 【分析】 硼镁矿(主要成分为 2 3 22MgO B O H O  ，含 2SiO 、 3CaCO 、铁和铝的氧化物等杂质)加入硫酸，生成硫酸 镁、硼酸 3 3H BO 、硫酸钙、硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸铝， 2SiO 和硫酸不反应，硫酸钙微溶于水，滤渣 1 是 2SiO 、CaSO4；滤液 1 加入 H2O2 把 Fe2+氧化为 Fe3+，用 MgO [或 3MgCO 、 2Mg(OH) 调节 pH 除去 Fe3+、 Al3+，滤液 2 冷却得到  3 3H BO 沉淀，过滤后的母液蒸发浓缩、趁热过滤得 4 2MgSO H O 。 【详解】 (1)“酸浸”过程发生的主要化学反应是 2 3 22MgO B O H O  和硫酸反应生成硫酸镁、硼酸 3 3H BO ，化学方 程式为 2 3 2 2 42MgO B O H O+2H SO  4 3 3=2MgSO +2H BO ；分批慢慢加入硫酸(或用搅拌器搅拌)可以避免 “酸浸”产生大量气泡使物料溢出； (2)“除杂”时向滤液中加入 H2O2，H2O2 把 Fe2+氧化为 Fe3+， 2 3 2 2 22Fe H O 2H 2Fe 2H O      ，加入试 剂 a 调节 pH 除去 Fe3+、Al3+，为不引入新杂质，试剂 a 可以是 MgO [或 3MgCO 、 2Mg(OH) ]； (3)根据图示，得到 4 2MgSO 7H O 的温度范围为 1.8~48.1℃，为从“母液”中充分回收 4 2MgSO H O ，应保 持“母液”在 67.5℃以上蒸发浓缩、趁热过滤，再用乙醇洗涤后干燥。 (4)设硫酸镁晶体的化学式是 4 2MgSO xH O ， 12010.54 5.14120+18x   ，解得 x=7。 2.【广东省广州市 2021 届高三 3 月第一次模拟考试】SCR 催化剂是工业上广泛应用的燃煤烟气脱硝催化剂， 其主要成分为 TiO2、V2O5，以及少量 SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3 等。一种从废 SCR 催化剂中回收钨的工艺 如下： 回答下列问题 (1)“酸浸还原”中 V2O5 转化成可溶于水的 VOC2O4，VOC2O4 中 V 的化合价是___________，该反应的化学方 程式为___________。可用浓盐酸代替草酸，但缺点是___________。 (2)“碱浸”时 WO3 转化为 WO 2- 4 的离子方程式为___________。 (3)“试剂 a”可选用___________(选填“盐酸”、“氢氧化钠”或“氨水”)。“滤渣”的主要成分是___________。 (4)常温下 Ksp[Ca(OH)2]=5.5×10-6，Ksp(CaWO4)=8.7×10-9。“沉钨”过程中不断加入石灰乳，当测得“滤液”中 pH=13 时，c(WO 2- 4 )为___________mol·L-l(保留 2 位有效数字) (5)“熔融电解”过程中阴极反应为 WO 2- 4 +6e-=W+4O2-。电解过程中石墨阳极有损耗并有气体产生，用反应方 程式解释该现象___________。 【答案】+4 2 5 2 2 4 2 4 2 2V O 3H C O =2VOC O 2CO 3H O    与五氧化二钒的反应速率下降，降低了回收 钒的速度 2- 3 4 2WO 2OH =WO +H O 氨水 Al(OH)3、Fe(OH)3 1.6×10-5mol/L 4 22CaWO 3C = 3CO 2W 2CaO    熔融 【分析】 从废催化剂中回收金属钨，首先项催化剂中加入 H2C2O4 溶液，进行酸浸还原回收钒；再加入氢氧化钠，反 应后进行过滤得到钛渣；再加入氨水调节 pH，过滤掉氢氧化铝和氢氧化铁；再加入石灰乳过滤得到 CaWO4， 最后熔融状态下电解得到金属钨。 【详解】 (1)VOC2O4 中，C 为+3 价，O 为-2 价，则可得出 V 为+4 价，反应方程式为 2 5 2 2 4 2 4 2 2V O 3H C O =2VOC O 2CO 3H O    ，用浓盐酸代替的缺点为，浓盐酸的酸性较强，与五氧化二 钒的反应速率下降，降低了回收钒的速度； (2) WO3 转化为 WO 2- 4 的离子方程式为 2- 3 4 2WO 2OH =WO +H O (3)试剂 a 可选用氨水(调 pH=9，盐酸加入可能会直接导致 pH”或“