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高考大题题型专项训练(一) 无机化学工艺流程题 1．以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示： 硼镁泥的主要成分如下表： MgO SiO2 FeO、Fe2O3 CaO Al2O3 B2O3 30%～20%～2%～1%～5%～15% 1%～2% 40% 25% 3% 2% 回答下列问题： (1)“酸解”时应该加入的酸是________，“滤渣1”中主要含有________(写化学式)。 (2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是______________________、______________________。 (3)判断“除杂”基本完成的检验方法是_________________。 (4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是_________________。 解析：硼镁泥主要成分是MgO，还有CaO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质，酸溶时MgO、CaO、Fe2O3、FeO、Al2O3都和硫酸反应，SiO2不与硫酸反应，B2O3转化为H3BO3，则滤渣1为SiO2。次氯酸钙具有强氧化性，加入的次氯酸钙可把亚铁离子氧化成铁离子，MgO促进铁离子、铝离子水解，铁离子、铝离子转化为沉淀，则滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3。浓缩过滤得到滤渣3为CaSO4，滤液中含镁离子、硫酸根离子，蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸镁晶体，以此来解答。 答案：(1)浓硫酸 SiO2 (2)氧化亚铁离子 促进铁离子、铝离子转化为沉淀 (3)溶液接近为无色 (4)温度对硫酸镁、硫酸钙的溶解度影响不同，温度越高，硫酸钙溶解度越小，可以采用蒸发浓缩，趁热过滤方法除去硫酸钙 2．以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭 学 无 止 境
黑等)和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下： (1)过程Ⅰ中，在Fe催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是____________________________________________。 (2)过程Ⅰ中，Fe2＋催化过程可表示为： －3＋ⅰ：2Fe2＋＋ PbO2＋4H＋＋SO24===2Fe＋PbSO4＋2H2O ⅱ： …… ①写出ⅱ的离子方程式：______________________________。 ②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。 a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。 b．_______________________________________________。 (3)PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO(s)＋NaOH(aq)NaHPbO2(aq)，其溶解度曲线如图所示。 2＋ ①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是________(选填序号)。 A．减少PbO的损失，提高产品的产率 B．重复利用NaOH，提高原料的利用率 C．增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率 ②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作：________________________________________。 解析：(1)由题意可知，过程Ⅰ中，在Fe2＋催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和H2O，Pb与PbO2在酸性条件下发生氧化还原反应，Pb为还原剂，PbO2为氧化剂，PbSO4既是氧化产物又是还2＋Fe原产物，化学方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO4=====2PbSO4＋2H2O。 (2)①催化剂在反应前后本身的质量和化学性质保持不变，但参学 无 止 境
加反应，反应特点是先消耗再生成，且消耗与生成的量相等。Fe2＋为该反应的催化剂，又知反应ⅰ中Fe2＋被PbO2氧化为Fe3＋，则在反应－ⅱ中Fe3＋与Pb反应生成Fe2＋，离子方程式为2Fe3＋＋Pb＋SO24===PbSO4＋2Fe2＋；②a实验证明发生反应ⅰ生成Fe3＋，则b实验需证明发生反应ⅱ，Fe3＋转化为Fe2＋，实验方案为取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，充分反应，红色褪去。 (3)①过程Ⅱ的目的是脱硫。化学方程式为PbSO4＋2NaOH===PbO＋Na2SO4＋H2O；滤液1中含有未反应的NaOH和少量溶解的PbO，经处理后可重复利用减少PbO的损失，同时能提高NaOH的利用率。②利用PbO不同温度下在不同氢氧化钠溶液中的溶解度曲线，可向PbO粗品中加入35%的NaOH溶液，加热至高温(110 ℃)，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤可得PbO固体。 2＋Fe答案：(1)Pb＋PbO＋2HSO=====2PbSO＋2HO 22442－2＋(2)①2Fe3＋＋Pb＋SO24===2Fe＋PbSO4 ②取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色褪去 (3)①AB ②向PbO粗品中加入一定量的35% NaOH溶液，加热至110 ℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得到PbO固体 3．辉铜矿主要成分为Cu2S，软锰矿主要成分为MnO2，它们都含有少量SiO2、Fe2O3等杂质。工业上综合利用这两种矿物制备硫酸锰和碱式碳酸铜的主要工艺流程如下： 已知：①MnO2能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫； ②[Cu(NH3)4]SO4常温稳定，在热水中会分解生成NH3； ③部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)： 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe3＋ 1.1 3.2 Mn2＋ 8.3 9.8 Cu2＋ 4.4 6.4 (1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有______________(任学 无 止 境
写一点)。
(2)调节浸出液pH的范围为_________________________， 其目的是______________________________________。 (3)本工艺中可循环使用的物质是________(写化学式)。
(4)在该工艺的“加热驱氨”环节，若加热的温度过低或过高，都将造成的结果是____________________。
(5)碳酸锰在一定条件下可得硫酸锰溶液，试根据如下曲线图示，现由硫酸锰溶液制备MnSO4·H2O的实验方案为______________________________________。
(6)用标准BaCl2溶液测定样品中MnSO4·H2O质量分数时，发现样品纯度大于100%(测定过程中产生的误差可忽略)，其可能原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(任写一种)。
解析：(1)酸浸时，通过粉碎矿石或者升高温度或者进行搅拌都可以提高浸取率。(2)要除去滤液中的Fe3＋，pH＝3.2，Fe3＋完全沉淀；pH＝4.4，铜离子开始沉淀，故pH的范围是3.2≤pH<4.4。(3)工艺流程中，加入了氨水，最后又得到了氨气，NH3可循环使用。(4)若加热的温度较低或过高，都会造成碱式碳酸铜减少。(5)由硫酸锰溶液制备MnSO4·H2O需要经过蒸发、结晶温度大于40 ℃，趁热过滤，用酒精洗涤，最后低温干燥等操作才能实现。(6)质量分数大于100%，说明了硫酸锰晶体中可能混有不分解的硫酸盐杂质或部分硫酸锰晶体失去结晶水。
答案：(1)粉碎矿石(或适当升高温度或搅拌)
(2)3.2≤pH<4.4 使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去 (3)NH3
(4)碱式碳酸铜产量减少
(5)蒸发、结晶温度大于40 ℃，趁热过滤，用酒精洗涤，最后低温干燥
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(6)混有硫酸盐杂质或部分晶体失去结晶水 4．某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略)。 已知：①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：3NaClO===2NaCl＋NaClO3 －②AgCl可溶于氨水：AgCl＋2NH3·H2OAg(NH3)＋2＋Cl＋2H2O ③常温时N2H4·H2O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH3)＋2：＋4Ag(NH3)＋H2O===4Ag↓＋N2↑＋4NH4＋4NH3↑＋H2O 2＋N2H4·(1)“氧化”阶段需在80 ℃条件下进行，适宜的加热方式为______________。 (2)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2，该反应的化学方程式为____________。HNO3也能氧化Ag，从反应产物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺点是________________________________________________________________________。 (3)为提高Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并________________________________________________________________________。 (4)若省略“过滤Ⅰ”，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量NaClO与NH3·H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应)，还因为________________________________________________________________________。 (5)请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案：______________________(实验中须使用的试剂有：2 mol·L－1水合肼溶液，1 mol·L－1 H2SO4)。 解析：(1)加热温度低于100 ℃，采用水浴加热，优点是便于控制温度，受热均匀。(2)由题发生反应：Ag＋NaClO＋H2O―→AgCl＋NaOH＋O2↑，有Ag、Cl、O三种元素的变化，因Ag、Cl原子个数比为1：1，设Ag、NaClO的系数为1，则NaOH系数为1，Ag1－－失去1e，NaClO―→NaCl，得到2e，根据电子守恒O2的系数为4，1根据原子守恒，H2O系数为2，相应扩大4倍。HNO3也能氧化Ag，学 无 止 境
但生成NOx会污染环境。(3)滤渣沉淀时表面会附有溶质，因此洗涤液中含有Ag(NH3)＋将洗涤液并入过滤Ⅱ的滤液中，以提高利用率。2，(4)若直接在溶液中加入氨水，一是稀释氨水，氨水的利用率低，二是原溶液中有氧化时生成的NaCl(见(2)中反应)，Cl－使可逆反应AgCl＋2NH3·H2O－Ag(NH3)＋2＋Cl＋2H2O逆向移动，不利于AgCl的溶解。(5)由题给信息③，利用水合肼还原Ag(NH3)＋2，但同时有NH3生成，利用H2SO4吸收防止逸出污染大气。 答案：(1)水浴加热 (2)4Ag＋4NaClO＋2H2O===4AgCl＋4NaOH＋O2↑ 会释放出氮氧化物(或NO、NO2)，造成环境污染 (3)将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中 (4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl－，不利于AgCl与氨水反应 (5)向滤液中滴加2 mol·L－1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 mol·L－1 H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥 5．以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为： 物质 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3 质量分2.2～2.9 2.8～3.1 22～28 60～65 1～2 <1 数/% 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线： 回答下列问题： (1)“酸浸”时V2O5转化为VO＋2，反应的离子方程式为____________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________。 (2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VO＋则需要氧化剂KClO32，至少为________mol。 (3)“中和”作用之一是使钒以V4O4－12形式存在于溶液中。“废渣2”中含有______________。 －(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4O412 学 无 止 境
离子交换RVO＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高4412洗脱
洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”、“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式____________________________________。
解析：
答案：(1)V2O5＋2H===2VO2＋H2O SiO2 (2)0.5 (3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)碱 (5)K＋
高温VO＋HO↑＋2NH↑ (6)2NHVO=====
＋
＋
432523
6．以黄铜矿(主要成分为CuFeS2，含少量杂质SiO2等)为原料，
进行生物炼铜，同时得到副产品绿矾(FeSO4·7H2O)。其主要工艺流程如图所示：
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已知：部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH如下表所示： 沉淀物 Cu(OH)2 Fe(OH)3 Fe(OH)2 开始沉淀pH 4.7 2.7 7.6 完全沉淀pH 6.7 3.7 9.6 (1)反应Ⅰ的化学方程式为________________。 反应物中Fe元素被________(填“氧化”或“还原”)，其目的是_____________________________________。 (2)试剂a是________，具体操作为_______________________， 目的是_______________________________________。 (3)反应Ⅲ的离子方程式为__________________________。 试剂c参与反应的离子方程式分别为____________。 答案：(1)4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2===4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O 氧化 将Fe元素氧化成Fe3＋易于利用其水解分离Fe2＋和Cu2＋ (2)CuO[或Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等] 加入试剂调节pH至3.7～4.7之间 使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀，防止生成Cu(OH)2沉淀 (3)Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋ Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O 学 无 止 境
