高考化学二轮复习高考热考题型攻关04化学工艺流程—考查金属及其化合物的性质和转化（含详解）

这是一份高考化学二轮复习高考热考题型攻关04化学工艺流程—考查金属及其化合物的性质和转化（含详解），共8页。试卷主要包含了把握常用的分离方法等内容，欢迎下载使用。
化学工艺流程—考查金属及其化合物的性质和转化化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，一般具有如下环节：→→→→它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问。考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是新课标全国卷命题的热考题型。1．(全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：下列叙述错误的是(　　)A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠解析：合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用，LiFePO4中含有Li和Fe元素，正极片碱溶所得滤液中含有Al元素，A、B项正确；Fe2＋能被HNO3氧化为Fe3＋，Fe3＋遇到碱液后沉淀，而另一种金属离子(Li＋)遇到Na2CO3后沉淀，C项正确；Li2SO4易溶于水，用Na2SO4代替Na2CO3，不能形成含Li沉淀，D项错误。答案：D2．(全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：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Fe3＋Fe2＋Zn2＋Cd2＋开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列问题：(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_________________________________________________________________________。(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是_____________________________________________，若不通入氧气，其后果是_______________________________________________________________________________________。(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________________。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为_____________________________________________________；沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。解析：(1)闪锌矿的主要成分是ZnS，所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2。(2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO，还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，发生一系列化学反应：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、CdO＋H2SO4===CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4===PbSO4＋H2O。其中SiO2和PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下来，所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2.8～6.2，使Fe3＋完全转变为Fe(OH)3沉淀；通入O2的目的是使溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋，有利于除杂，若不通入O2，无法除去溶液中的杂质Fe2＋。(3)溶液中的Cd2＋与加入的Zn粉反应而被除去，反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。(4)电解ZnSO4溶液制备单质Zn时，阴极放电的是Zn2＋，电极反应式是Zn2＋＋2e－===Zn，阳极放电的是OH－，电极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。答案：(1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2(2)PbSO4　调节溶液的pH　无法除去杂质Fe2＋(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋(4)Zn2＋＋2e－===Zn　溶浸1．认识原料预处理的方法(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。术语释义水浸与水接触反应或溶解浸出固体加水(酸)溶解得到离子酸浸在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化) (2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。2．明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。3．把握常用的分离方法(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。1．某同学在实验室利用氢氧化钠、盐酸分离铁粉和铝粉混合物，转化关系如下图所示，下列说法不正确的是(　　)A．x为NaOH溶液，y为盐酸B．a→b发生的反应为：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓C．按照本流程，x和y调换后也能达到实验目的D．b、c既能与强酸又能与强碱反应解析：根据转化关系，加入试剂x，得到溶液和Fe，利用Al能与NaOH反应，Fe不与NaOH反应，因此试剂x为NaOH，即a的主要成分是NaAlO2，根据转化关系，试剂y应为盐酸，发生AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，然后氢氧化铝受热分解成Al2O3，最后通过电解的方法得到金属Al。根据上述分析，x为NaOH溶液，y为盐酸，故A说法正确；a→b的反应是AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，故B说法正确；如果x和y互换，a为FeCl2和AlCl3，加入NaOH，则得到Fe(OH)2和Al(OH)3，按照流程无法得到金属铝，故C说法错误；b和c分别是Al(OH)3和Al2O3，都属于两性化合物，既能与强酸反应，又能与强碱反应，故D说法正确。答案：C2．以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如图所示，下列说法不正确的是(　　)A．酸溶过程使用的酸也可以是硝酸，且过量B．为了防止污染，焙烧过程中产生的SO2要回收利用C．通入氯气的目的是氧化Fe2＋D．由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3需要在氯化氢的气流中加热解析：若用过量硝酸酸溶，会引入NO，A错误；SO2是一种污染气体，必须回收利用，B正确；通入Cl2的目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，C正确；为了防止Fe3＋水解，由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3时需要在HCl的气流中加热，D正确。答案：A3．(2019·西安模拟)实验室模拟工业上以铝土矿(含Al2O3、Fe2O3、SiO2)为原料制铵明矾NH4Al(SO4)2晶体的工艺流程如图所示，下列说法错误的是(　　)A．固体a的化学式为SiO2B．固体b的化学式为Fe(OH)3C．Ⅲ中通入足量CO2发生反应的离子方程式为2AlO＋CO2＋3H2O===CO＋2Al(OH)3↓D．Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ都要用到的分离方法是过滤解析：SiO2不溶于盐酸，A正确；红褐色固体b是Fe(OH)3，B正确；Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓，C错误；Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ都要用到的分离方法是过滤，D正确。答案：C4．从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下。下列说法正确的是(　　)A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同C．试剂c是氯气，相应的反应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－D．用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2＋解析：由最终要得到的氯化铁及流程图知b是盐酸，A错误；操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤，操作Ⅲ为蒸发结晶，所用仪器有差异，B错误；滤液Z和X中均含有氯化亚铁，因此c为氯气，C正确；高锰酸钾能氧化氯离子而褪色，因此不能用于检验是否含有亚铁离子，D错误。答案：C5．(江苏卷)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＝×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)＝______________________________________。解析：(1)NaOH吸收过量SO2的离子方程式为SO2＋OH－===HSO。(2)①由已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃，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杂质FeS2。②700 ℃焙烧时，FeS2中的硫元素生成SO2，添加CaO后，SO2会与CaO、O2反应生成CaSO4而留在矿粉中。(3)用NaOH溶液碱浸后，Al2O3、SiO2溶解，转化为NaAlO2和Na2SiO3，通入过量CO2后，NaAlO2与CO2反应转化为Al(OH)3。(4)Fe2O3与FeS2在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，发生反应的化学方程式配平为16Fe2O3＋FeS211Fe3O4＋2SO2↑，可得关系式FeS2～16Fe2O3，则理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16。答案：(1)SO2＋OH－===HSO(2)①FeS2　②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中(3)NaAlO2　Al(OH)3　(4)1∶166．(2019·烟台模拟)某工厂酸性废液中含有Fe3＋、Al3＋、Fe2＋、SO，以该废液为原料制备Fe2O3的工艺流程如下(部分操作和条件略)：已知：①NH4HCO3在热水中会分解。②常温下，溶液中不同金属离子生成氢氧化物沉淀时的pH见下表： 金属离子(0.1 mol·L－l)Fe3＋Fe2＋Al3＋开始沉淀时的pH2.47.63.4完全沉淀时的pH3.79.64.8回答下列问题：(1)写出“还原”步骤中反应的离子方程式：_______________________________________________________________________。(2)试剂X可选用________(任写一种，填化学式)，“滤渣”的主要成分是______________。(3)加入碳酸氢铵后过滤，发现滤液仍然浑浊，可能的原因是_____________________________________________________________________________________________________________，用90 ℃热水洗涤FeCO3沉淀的目的是_________________________________________________________________________。(4)若在实验室中灼烧FeCO3应在____________(填仪器名称)中进行，“灼烧氧化”发生的化学方程式为_________________________________________________________________________。(5)若工业上灼烧氧化174.0吨FeCO3得到117.6吨产品，则该产品中Fe2O3的纯度为__________(设产品中杂质只有FeO，保留一位小数)。解析：(1)“还原”是铁粉将Fe3＋转化为Fe2＋，同时与废液中的H＋反应生成H2，反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑和Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。(2)试剂X用于调节溶液的pH，使Al3＋完全沉淀，选用NH3·H2O，不引入其他杂质，同时生成的碳碳氢铵便于除去；“滤渣”的主要成分是过量的铁粉和生成的Al(OH)3沉淀。(3)过滤的过程中若把玻璃棒靠在三层滤纸上时不小心把滤纸戳破了，此时过滤出的滤液是混浊的；过滤时滤液液面高于滤纸的边缘时，滤液就会不经过滤纸而直接从滤纸和漏斗之间的空隙中流过，也会导致过滤出的滤液是混浊的；NH4HCO3在热水中会分解，用90 ℃热水洗涤FeCO3沉淀，目的是洗去表面吸附的离子同时促进碳酸氢铵的分解。(4)实验室中灼烧固体通常在坩埚中进行，灼烧时FeCO3与氧气在高温下发生氧化还原反应，化学方程式为4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2。(5)假设Fe2O3物质的量为x mol，FeO的物质的量为y mol，那么满足：160x＋72y＝117.6×106、2x＋y＝，解得x＝6×105 mol，所以产物中Fe2O3的质量分数为×100%＝81.6%。答案：(1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋(2)NH3·H2O　Fe和Al(OH)3(3)滤纸破损(或过滤时滤液超过滤纸上缘等)　洗去表面吸附的离子同时促进碳酸氢铵的分解(4)坩埚　4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2(5)81.6%