1、专练22化学工艺流程题12020全国卷钒具有广泛用途。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Fe3Fe2Al3Mn2开始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1 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VO，同时还有_离子被氧化。写出VO转化为VO反应的离子方程式_。(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5xH2O，随滤液可除去金属离子
2、K、Mg2、Na、_，以及部分的_。(4)“沉淀转溶”中，V2O5xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣的主要成分是_。(5)“调pH”中有沉淀生成，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_。22019全国卷硼酸(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Mg2B2O5H2O、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：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
3、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：H3BO3H2OHB(OH)，Ka5.811010，可判断H3BO3是_酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_。(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2MgCO3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_。3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：pH4.1时，中为_
4、溶液(写化学式)。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0.01 000 molL1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_ gL1(以SO2计)。42019全国卷高纯硫酸锰作为合成镍钴
5、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，工艺如下图所示。回答下列问题：相关金属离子c0(Mn)0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Mn2Fe2Fe3Al3Mg2Zn2Ni2开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9(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_。(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N
6、i2，“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xy时，z_。52020全国卷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(NiSO47H2O)：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Ni2Al3Fe3Fe2开始沉淀时(c0.01 mol
7、L1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全时(c1.0105 molL1)的pH8.74.73.29.0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”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式_。(2)“滤液”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”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 molL1，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
8、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_。62019全国卷立德粉ZnSBaSO4(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：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_。
9、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)。沉淀器中反应的离子方程式为_。(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 molL1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 molL1 Na2S2O3溶液滴定，反应式为I22S2O=2IS4O。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)。1(1)加快酸浸和氧化反应速率(
10、促进氧化完全)(2)Fe2VOMnO22H=VOMn2H2O(3)Mn2Al3和Fe3(4)Fe(OH)3(5)NaAl(OH)4HCl=Al(OH)3NaClH2O(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全解析：(1)加热的目的是使反应完全，加快酸浸速率。(2)Fe3O4与硫酸反应生成Fe2和Fe3，Fe2能够被氧化为Fe3；VO中钒元素化合价为3，VO中钒元素化合价为5，VO被MnO2氧化为VO，MnO2被还原为Mn2，结合得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平：VOMnO22H=VOMn2H2O。(3)pH3.03.1时，Mn2还未沉淀，所以滤液中有Mn2，另外Fe3、Al3在该
11、pH范围内没有沉淀完全，部分留在滤液中。(4)滤饼中除了有V2O5xH2O，还有少量Fe(OH)3和Al(OH)3，加NaOH调pH13，V2O5xH2O与NaOH反应生成NaVO3，Al(OH)3与NaOH反应生成NaAl(OH)4，Fe(OH)3不与NaOH反应，所以滤渣是Fe(OH)3。(5)“调pH”的目的是将NaAl(OH)4转化为Al(OH)3沉淀除去，反应的化学方程式为NaAl(OH)4HCl=Al(OH)3NaClH2O，则滤渣为Al(OH)3。(6)加入过量NH4Cl固体，c(NH)增大，根据同离子效应，可促进NH4VO3晶体尽可能完全析出。2(1)NH4HCO3NH3=(N
12、H4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱转化为H3BO3，促进析出(4)2Mg23CO2H2O=Mg(OH)2MgCO32HCO或2Mg22COH2O=Mg(OH)2MgCO3CO2溶浸高温焙烧解析：本题涉及的考点有离子方程式的书写、Fe3的检验、化学平衡常数的应用，考查了学生解读化学工艺流程，将题给信息与已学知识相结合分析、解决化学问题的能力。(1)“溶浸”步骤产生的“气体”是NH3，用NH4HCO3溶液吸收NH3的化学方程式为NH3NH4HCO3=(NH4)2CO3。(2)根据流程图可知，Fe2O3、Al2O3在“过滤1”步骤中除去，SiO2不溶于(NH4)
13、2SO4溶液，故“滤渣1”的主要成分有SiO2、Fe2O3、Al2O3；检验Fe3通常选用KSCN溶液。(3)根据H3BO3的解离反应以及电离平衡常数，可判断H3BO3是一元弱酸；在“过滤2”操作前B元素主要以B2O的形式存在，调节pH至3.5后生成了H3BO3沉淀，由此可推断调节pH的目的是将B2O转化成H3BO3。(4)反应物有Mg2、CO，生成物有Mg(OH)2MgCO3沉淀，再结合电荷守恒、原子守恒可写出反应的离子方程式；“沉镁”后的母液的主要成分为(NH4)2SO4，可供“溶侵”工序循环使用；Mg(OH)2、MgCO3在高温条件下均易分解生成MgO，故高温焙烧碱式碳酸镁可以制备轻质氧
14、化镁。3(1)2NaHSO3=Na2S2O5H2O(2)NaHSO3得到NaHSO3过饱和溶液(3)2H2O4e=4HO2a(4)S2O2I23H2O=2SO4I6H0.128解析：(1)由题可知，NaHSO3脱水转化为Na2S2O5，故可写出化学方程式：2NaHSO3=Na2S2O5H2O。(2)Na2S2O5由NaHSO3过饱和溶液脱水结晶而来，因而溶液为NaHSO3，而和PH相同，溶质相同，也为NaHSO3。通SO2使得NaHSO3变多，浓度变大，得到NaHSO3过饱和溶液。(3)阳极发生氧化反应，电极反应式为2H2O4e=4HO2，H通过阳离子交换膜由阳极向a室移动，得到NaHSO3，
15、故a室NaHSO3增多。(4)根据题意，S2O与I2发生氧化还原反应，生成SO和I，即解得x0.5104，则SO2物质的量为0.52104 mol，所以最后的残留量0.128 gL1。4(1)SiO2(不溶性硅酸盐)MnO2MnS2H2SO4=2MnSO4S2H2O(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，MgF2Mg22F平衡向右移动(6)Mn22HCO=MnCO3CO2H2O(7)解析：本题涉及元素化合物知识的综合应用，通过工艺流程形式给出信息，考查分析和解决化学工艺流程问题的能力，根据题给信息书写相应的化学方程式和离子方程式，体现了证据推
16、理与模型认知的学科核心素养。(1)由题干信息可知，滤渣有生成的S和不与H2SO4反应的SiO2(或写不溶性硅酸盐)；依据氧化还原反应原理可知，MnO2作氧化剂，MnS作还原剂，由此可写出化学方程式。(2)Fe溶于H2SO4中得到Fe2，为了去除方便，需将Fe2氧化为Fe3。(3)由相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围可知除铁和铝时溶液pH范围应调节为4.76之间。(4)NiS和ZnS是难溶于水的硫化物。(5)MgF2(s)Mg2(aq)2F(aq)，若增大H浓度，F与H会结合成弱电解质HF而使沉淀溶解平衡正向移动，导致溶液中Mg2沉淀不完全。(6)由于HCOHCO，CO与Mn2可形成MnCO
17、3沉淀，使HCO电离平衡正向移动，H浓度增大，H与HCO反应生成H2O和CO2，所以离子方程式为Mn22HCO=MnCO3CO2H2O。(7)根据化合物中各元素正、负化合价的代数和为0，可知1(2)x(3)y(4)z(2)20，将xy代入计算，可得z。5(1)除去油脂、溶解铝及其氧化物Al(OH)H=Al(OH)3H2O(2)Ni2、Fe2、Fe3(3)O2或空气Fe3(4)0.01(107.214)2或105(108.714)23.26.2(5)2Ni2ClO4OH=2NiOOHClH2O(6)提高镍回收率解析：(1)油脂可在NaOH溶液中发生水解反应生成可溶性的高级脂肪酸钠和甘油，并且Na
18、OH溶液能溶解Al和Al2O3,2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2、Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O，故“碱浸”中NaOH的两个作用分别是除去油脂和溶解铝及其氧化物。“滤液”中含有NaAl(OH)4(也可写成NaAlO2)，向其中加入稀H2SO4调为中性会生成Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为Al(OH)H=Al(OH)3H2O或AlOHH2O=Al(OH)3。(2)“滤饼”中含有Ni、Fe、NiO、FeO、Fe2O3以及少量其他不溶物，加入稀H2SO4后主要发生反应Ni2H=Ni2H2、Fe2H=Fe2H2、NiO2H=Ni2H2O、FeO2H=Fe2H2O、Fe2
19、O36H=2Fe33H2O，故“滤液”中含有的金属离子是Ni2、Fe2、Fe3。(3)H2O2的作用是在酸性条件下将Fe2氧化为Fe3(2Fe2H2O22H=2Fe32H2O)，且在“转化”中不引入新杂质，故可替代H2O2的物质是O2或空气，发生反应4Fe2O24H=4Fe32H2O，也不引入新杂质。加NaOH溶液“调pH”的目的是生成Fe(OH)3沉淀除去Fe3，为除尽Fe3而又不生成Ni(OH)2沉淀，需控制pH范围：3.2pH7.2；此时溶液中还存在Fe2，H2O2可将Fe2氧化为Fe3，故“滤液”中可能含有的杂质离子为Fe3。(4)开始形成Ni(OH)2沉淀或沉淀完全时，都存在沉淀溶解
20、平衡：Ni(OH)2(s)Ni2(aq)2OH(aq)，Kspc(Ni2)c2(OH)，开始沉淀时，c(Ni2)0.01 molL1，c(OH)1.0107.214 molL1，故Ksp0.01(107.214)2；沉淀完全时，c(Ni2)1.0105 molL1，c(OH)1.0108.714 molL1，Ksp105(108.714)2。由上述分析得Ksp1.01015.6，若“转化”后的溶液中c(Ni2)1.0 molL1，生成Ni(OH)2沉淀的最小c(OH) molL11.0107.8 molL1，c(H) molL11.0106.2 molL1，pH6.2，故既要除尽Fe3，又不形成Ni(OH)2沉淀，应控制的pH范围是3.26.2。(5)Ni2被氧化为NiOOH，ClO被还原为Cl，故在强碱溶液中该反应的离子方程式为2Ni2ClO4OH=2NiOOHClH2O。(6)分离出NiSO4晶体后的母液中含有Ni2(饱和NiSO4溶液)，故将母液收集、循环使用，其意义是提高镍回收率。6(1)D(2)BaSO44C=BaS4COCOH2O=CO2H2BaCO3S2Ba2Zn2SO=BaSO4ZnS(3)浅蓝色至无色100%
