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实践素养检测(一)　无机化工流程题

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这是一份实践素养检测(一)　无机化工流程题，共7页。

实践素养检测()　无机化工流程题

1．(2021·湖南高考)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，该核素的符号为________。

(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有_____________________________________

______________________________________________________________(至少写两条)。

(3)滤渣Ⅲ的主要成分是________(填化学式)。

(4)加入絮凝剂的目的是____________________________________________________。

(5)“沉铈”过程中，生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为_______________________，

常温下加入的NH4HCO3溶液呈________(填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知：NH3·H2O的Kb＝1.75×10－5，H2CO3的Ka1＝4.4×10－7，Ka2＝4.7×10－11)。

(6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4，在高温条件下，Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制备电极材料LiFePO4，同时生成CO和H2O，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)由质量数＝质子数＋中子数可知，铈的质量数＝58＋80＝138，因此该核素的符号为Ce。(2)为提高“水浸”效率，可采取搅拌、适当升高温度、研碎等措施。(3)根据流程及题中信息分析可知，滤渣Ⅰ为SiO2、CaSO4，滤渣Ⅱ为FePO4，滤渣Ⅲ的主要成分为Al(OH)3。(4)加入絮凝剂的目的是使悬浮粒子聚集变大，加快粒子聚沉速度，更快地形成沉淀。(5)“沉铈”过程中，Ce3＋与HCO反应生成Ce2(CO3)3·nH2O，反应的离子方程式为2Ce3＋＋6HCO＋(n－3)H2O===Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑；由于NH水解溶液显酸性，HCO水解溶液显碱性，根据题中提供的电离平衡常数，可计算出NH的水解平衡常数为＝≈5.71×10－10，HCO的水解平衡常数为＝≈2.3×10－8，所以HCO的水解程度大于NH的水解程度，所以溶液显碱性。(6)根据题中信息，可知反应物为Li2CO3、C6H12O6和FePO4，生成物为LiFePO4、CO和H2O，根据元素的化合价变化，C：＋4价→＋2价，0价→＋2价，Fe：＋3价→＋2价，则反应的化学方程式为6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O66LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑。

答案：(1)Ce

(2)搅拌、适当升高温度(合理即可)

(3)Al(OH)3

(4)促进Al(OH)3胶体聚沉，便于分离

(5)2Ce3＋＋6HCO＋(n－3)H2O===Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑　碱性

(6)6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O66LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑

2．(2021·全国乙卷)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：

金属离子	Fe3＋	Al3＋	Mg2＋	Ca2＋
开始沉淀的pH	2.2	3.5	9.5	12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH	3.2	4.7	11.1	13.8

回答下列问题：

(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式：____________________________

________________________________________________________________________。

(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是____________________。

(3)“母液①”中Mg2＋浓度为__________mol·L－1。

(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是________。“酸溶渣”的成分是________、________。

(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。

解析：(1)“焙烧”中，Al2O3和(NH4)2SO4反应生成NH4Al(SO4)2，同时放出NH3，反应的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)由题表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋完全沉淀时的pH分别为3.2、4.7、11.1可知，用氨水逐步调节pH至11.6的过程中，依次析出的金属离子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。(3)依据Mg2＋完全沉淀时的pH＝11.1，可知此时c(OH－)＝10－2.9 mol·L－1，此时c(Mg2＋)＝10－5 mol·L－1，则Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝10－10.8，用氨水逐步调节pH至11.6时，c(OH－)＝10－2.4 mol·L－1，则c(Mg2＋)＝＝10－6 mol·L－1。(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，为了尽可能减少酸溶液的挥发而造成不必要的损失且保证TiO2可以完全溶解，故最好选择硫酸；SiO2不溶于硫酸，“焙烧”生成CaSO4固体，故“酸溶”后所得“酸溶渣”的成分为SiO2、CaSO4。(5)由题意知，TiO2＋水解生成TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)母液①的主要成分为硫酸铵和氨水，母液②的主要成分为硫酸，混合后吸收尾气NH3，经处理可得到(NH4)2SO4，循环利用。

答案：(1)Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑

(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋

(3)1.0×10－6

(4)硫酸　SiO2　CaSO4

(5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋

(6)(NH4)2SO4

3．(2021·广东高考)对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝(Al)、钼(Mo)、镍(Ni)等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如下：

已知：25 ℃时，H2CO3的Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11；Ksp(BaMoO4)＝3.5×10－8；Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9；该工艺中，pH>6.0时，溶液中Mo元素以MoO的形态存在。

(1)“焙烧”中，有Na2MoO4生成，其中Mo元素的化合价为________。

(2)“沉铝”中，生成的沉淀X为________。

(3)“沉钼”中，pH为7.0。

①生成BaMoO4的离子方程式为____________________________________________。

②若条件控制不当，BaCO3也会沉淀。为避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀，溶液中c(HCO)∶c(MoO)＝____________________(列出算式)时，应停止加入BaCl2溶液。

(4)①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和Y，Y为________。

②往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量________(填化学式)气体，再通入足量CO2，可析出Y。

解析：(1)根据化合物Na2MoO4中Na为＋1价，O为－2 价，由化合物中化合价代数和为0，可计算出Na2MoO4中Mo元素的化合价为＋6价。(2)“750 ℃焙烧”时，废催化剂中的氧化铝发生反应：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，“滤液Ⅰ”中主要存在NaAlO2和Na2MoO4，通入过量CO2时，发生反应：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，生成的沉淀X为Al(OH)3。(3)由(2)的分析可知“滤液Ⅱ”的主要成分是NaHCO3和Na2MoO4，①“滤液Ⅱ”中加入BaCl2溶液生成BaMoO4的离子方程式为MoO＋Ba2＋===BaMoO4↓。②开始生成BaCO3时，溶液中＝＝，又因为Ka2＝＝4.7×10－11，由于“沉钼”中，pH为7.0，则＝＝，因此可得＝×。(4)①由于“滤液Ⅱ”的主要成分是NaHCO3和Na2MoO4，加入适量BaCl2溶液“沉钼”后，“滤液Ⅲ”中主要存在的钠盐有NaCl和NaHCO3，则Y为NaHCO3。②由“滤液Ⅲ”制备NaHCO3，原理类似侯氏制碱法，加入NaCl固体后，通入足量碱性气体NH3，再通入足量CO2，发生反应：NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3、NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl，析出溶解度较小的NaHCO3固体。

答案：(1)＋6价　(2)Al(OH)3　(3)①MoO＋Ba2＋===BaMoO4↓　②×

(4)①NaHCO3　②NH3

4．(2021·湖北适应性考试)某化学兴趣小组通过查阅文献，设计了从某厂阳极泥(成分为Cu、Ag2Se、Au、Pt)中回收贵重金属的工艺，其流程如图所示。

回答下列问题：

(1)写出“焙烧”时，生成SeO2的化学反应方程式________________________。

(2)“滤液”中的金属阳离子有____________________；“酸浸氧化”中通入氧气的目的是______________________、________________________。

(3)“酸溶”时Pt、Au分别转化为[PtCl6]2－和[AuCl4]－，写出Au溶解的离子方程式________________________________________________________________________。

(4)可从“有机层”回收的金属是________；实验室“萃取分液”的玻璃仪器有__________、____________。

(5)电解NH4[Au(SO3)2]溶液回收Au的阴极反应式为____________________。

解析：阳极泥(成分为Cu、Ag2Se、Au、Pt)通入氧气焙烧得CuO、Ag2O、SeO2、Au、Pt，Se以SeO2形式除去，烧渣的成分为CuO、Ag2O、Au、Pt；将烧渣酸浸氧化，CuO、Ag2O溶解，滤液为硝酸铜、硝酸银溶液，滤渣为Au、Pt；酸溶时，Au、Pt转化为[AuCl4]－、[PtCl6]2－，用磷酸三丁酯萃取分液，得到H2[PtCl6]的有机溶液，水层为H[AuCl4](aq)，加入KOH、(NH4)2SO3转化为NH4[Au(SO3)2]。　

(1)“焙烧”时，Ag2Se被氧气氧化生成SeO2和Ag2O，反应的化学方程式为2Ag2Se＋3O22SeO2＋2Ag2O。

(2)由分析可知“滤液”中的金属阳离子有Cu2＋、Ag＋；烧渣中可能还含有Cu、SeO2，与硝酸直接反应会产生NO有毒气体，因此“酸浸氧化”中通入氧气的目的是氧化可能存在的Cu、SeO2；防止硝酸产生的NO排放到空气中污染空气。

(3)“酸溶”时Pt、Au分别转化为[PtCl6]2－和[AuCl4]－，则Au溶解的离子方程式为2Au＋3Cl2＋2Cl－===2[AuCl4]－。

(4)由分析可知，可从“有机层”回收的金属是Pt；实验室“萃取分液”的玻璃仪器有烧杯、分液漏斗。

(5)电解NH4[Au(SO3)2]溶液回收Au的阴极反应式为Au3＋＋3e－===Au。

答案： (1)2Ag2Se＋3O22SeO2＋2Ag2O

(2)Cu2＋、Ag＋　氧化可能存在的Cu、SeO2　防止硝酸产生的NO排放到空气中污染空气

(3)2Au＋3Cl2＋2Cl－===2[AuCl4]－

(4)Pt　烧杯　分液漏斗

(5)Au3＋＋3e－===Au

5．(2021·湖南适应性考试)蛋壳是一种很好的绿色钙源，其主要成分为CaCO3。以蛋壳为原料制备葡萄糖酸钙晶体{M[Ca(C6H11O7)2·H2O]＝448 g·mol－1}，并对其纯度进行测定，过程如下：

步骤Ⅰ.葡萄糖酸钙晶体的制备

步骤Ⅱ.产品纯度测定——KMnO4间接滴定法

①称取步骤Ⅰ中制得的产品0.600 g置于烧杯中，加入蒸馏水及适量稀盐酸溶解；

②加入足量(NH4)2C2O4溶液，用氨水调节pH为4～5，生成白色沉淀，过滤、洗涤；

③将②洗涤后所得的固体溶于稀硫酸溶液中，用0.020 00 mol·L－1 KMnO4标准溶液滴定，消耗KMnO4标准溶液25.00 mL。

根据以上两个步骤，回答下列问题：

(1)以上两个步骤中不需要使用的仪器有________(填字母)。

(2)步骤Ⅰ中“操作a”是________________、过滤、洗涤、干燥。

(3)步骤Ⅱ中用氨水调节pH为4～5的目的为__________________________________

________________________________________________________________________。

(4)用KMnO4标准溶液滴定待测液的反应原理为______________________________(用离子方程式表示)，判断滴定达到终点的现象为______________________________________

________________________________________________________________________。

(5)根据以上实验数据，测得产品中葡萄糖酸钙晶体的纯度为________(保留三位有效数字)。

解析：蛋壳的主要成分是碳酸钙，洗涤、干燥后灼烧蛋壳，碳酸钙在高温下发生分解反应生成氧化钙和二氧化碳，加水浸泡后氧化钙和水反应生成氢氧化钙，控制溶液pH在6～7的范围内，加入葡萄糖酸溶液，氢氧化钙与葡萄糖酸溶液反应生成葡萄糖酸钙和水，过滤得到葡萄糖酸钙溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到葡萄糖酸钙晶体。

(1)过滤时要用到漏斗、灼烧时要用到坩埚、滴定时要用到酸式滴定管，则步骤Ⅰ和Ⅱ中不需要使用的仪器是圆底烧瓶，故答案为C。

(2)由分析可知，步骤Ⅰ中操作a是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。

(3)加入蒸馏水及适量稀盐酸溶解产品后所得溶液为酸性溶液，酸性溶液中加入饱和(NH4)2C2O4溶液，C2O会与氢离子反应导致浓度降低而不能生成沉淀，则向溶液中滴加氨水调节pH为4～5的目的是中和溶液中的氢离子，增大溶液中C2O浓度，有利于钙离子完全转化为草酸钙沉淀。

(4)用高锰酸钾标准溶液滴定待测液的反应原理为酸性条件下，高锰酸钾溶液与草酸溶液发生氧化还原反应生成硫酸钾、硫酸锰、二氧化碳和水，反应的离子方程式为5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O；当草酸与高锰酸钾溶液完全反应后，再滴入一滴高锰酸钾标准溶液，溶液会由无色变为浅紫色，且半分钟内不褪色。