2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 大题突破3　无机化工流程题题型研究【解析版】

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1．(2022·全国乙卷，26)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。
一些难溶电解质的溶度积常数如下表：
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：
回答下列问题：
(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为________________________，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因：_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，还要加入H2O2。
(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是________________________________________________；
(ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2，其化学方程式为________________
________________________________________________________________________；
(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是____________________________
________________________________________________________________________。
(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是__________。
(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有__________。
答案 (1)PbSO4(s)＋COeq \\al(2－,3)(aq)===PbCO3(s)＋SOeq \\al(2－,4)(aq) 反应PbSO4(s)＋COeq \\al(2－,3)(aq)PbCO3(s)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)的平衡常数K＝eq \f(cSO\\al(2－,4),cCO\\al(2－,3))＝eq \f(cPb2＋·cSO\\al(2－,4),cPb2＋·cCO\\al(2－,3))＝eq \f(KspPbSO4,KspPbCO3)≈3.4×105>105，PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3
(2)反应BaSO4(s)＋COeq \\al(2－,3)(aq)BaCO3(s)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)的平衡常数K＝eq \f(cSO\\al(2－,4),cCO\\al(2－,3))＝eq \f(cBa2＋·cSO\\al(2－,4),cBa2＋·cCO\\al(2－,3))＝eq \f(KspBaSO4,KspBaCO3)≈0.04≪105，反应正向进行的程度有限
(3)(ⅰ)Fe2＋ (ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O (ⅲ)作还原剂
(4)Fe(OH)3、Al(OH)3 (5)Ba2＋、Na＋
解析 (3)(ⅰ)过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。(ⅱ)过氧化氢促进金属Pb在醋酸溶液中转化为Pb(Ac)2，过氧化氢与Pb、HAc发生氧化还原反应生成Pb(Ac)2和H2O。(ⅲ)过氧化氢也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，铅元素化合价由＋4价降低到＋2价，PbO2是氧化剂，则过氧化氢是还原剂。(4)酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣的主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁。(5)加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化，铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铅转化为氢氧化铅，最终转化为氧化铅，因此沉铅的滤液中，金属离子有Ba2＋和加入碳酸钠、氢氧化钠时引入的Na＋。
2．(2022·湖南，17)钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点：
回答下列问题：
(1)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔGCu；
③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：
回答下列问题：
(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为________________________________________。
a．进一步粉碎矿石
b．鼓入适当过量的空气
c．降低焙烧温度
(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为______________________
________________________________________________________________________。
(3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②________________________________________________________________________。
(4)滤渣的主要成分为________________(填化学式)。
(5)生成气体A的离子方程式为_______________________________________________。
(6)加入金属Bi的目的是_____________________________________________________。
答案 (1)ab (2)2Bi2S3＋9O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Bi2O3＋6SO2
(3)抑制金属离子水解 (4)SiO2 (5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O (6)将Fe3＋转化为Fe2＋
解析 (1)联合焙烧时，进一步粉碎矿石，可以增大矿石与空气的接触面积，能够提高焙烧效率，选项a符合题意；鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应，选项b符合题意；降低焙烧温度，反应速率减慢，不利于提高焙烧效率，选项c不符合题意。(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，根据原子守恒可知还应生成SO2，结合得失电子守恒，反应的化学方程式为2Bi2S3＋9O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Bi2O3＋6SO2。(3)加入浓盐酸后，溶液中含有的离子主要为Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋、H＋、Cl－，而酸浸后取滤液进行转化，故要防止金属离子水解生成沉淀，进入滤渣，造成制得的BiOCl产率偏低。(4)滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO2。(5)因Mn2O3有氧化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O。(6)由已知信息③知，调pH＝2.6时，Fe3＋会水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋还没开始沉淀，故要将Fe3＋转化为Fe2＋，在调pH后获得含FeCl2的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原剂。
2．[2021·全国乙卷，26(2)(3)(4)(5)(6)]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
回答下列问题：
(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________ ml·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。
答案 (2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋ (3)1.0×10－6 (4)硫酸 SiO2、CaSO4 (5)TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq \(=====,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋ (6)(NH4)2SO4
解析 (2)由题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH可知，将pH约为2.0的滤液加入氨水调节溶液pH为11.6时，铁离子首先沉淀，然后是铝离子、镁离子，钙离子没有沉淀。
(3)由镁离子完全沉淀时，溶液pH为11.1可知，氢氧化镁的溶度积为1×10－5×(1×10－2.9)2＝1×10－10.8，当溶液pH为11.6时，溶液中镁离子的浓度为eq \f(1×10－10.8,1×10－2.42) ml·L－1＝1×10－6 ml·
L－1。
(4)增大溶液中硫酸根离子的浓度，有利于使微溶的硫酸钙转化为沉淀，为了使微溶的硫酸钙完全沉淀，减少TiOSO4溶液中含有的硫酸钙的量，应加入浓硫酸加热到160 ℃酸溶；二氧化硅和硫酸钙与硫酸不反应，则酸溶渣的主要成分为二氧化硅和硫酸钙。
(5)酸溶后将TiOSO4溶液适当稀释并加热，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，反应的离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq \(=====,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋。
(6)尾气为氨气，母液①为硫酸铵、母液②为硫酸，将母液①和母液②混合后吸收氨气得到硫酸铵溶液，可以循环使用。
1．研究从太阳能电池的碲化镉吸收层(主要含CdTe、CdS)中回收碲具有重要的意义。某回收工艺的流程如下：
回答下列问题：
(1)反应釜中，溶液的pH、温度(T)与生成沉淀的关系如图，图中区域分别表示铁的化合物稳定存在的区域。则制备FeOOH适宜的pH和温度分别为________(填字母)。
a．2,80 ℃ b．4,90 ℃
c．5,160 ℃ d．6,25 ℃
(2)制备磁性纳米铁棒时，加入NaBH4前先通入N2的作用是______________________
________________________________________________________________________。
(3)常温下，若在含Cd2＋、Te4＋滤液中加入NaOH溶液调节pH为7，溶液中c(Cd2＋)的最大值为________________________________________________________________________
(已知：Ksp[Cd(OH)2]＝5.3×10－15)。
(4)从TeOeq \\al(2－,3)溶液得到“吸附Te”，利用了纳米铁棒的性质有________、________。
答案 (1)b (2)排出设备中的空气，防止磁性纳米铁棒和NaBH4被氧化 (3)0.53 ml·L－1 (4)吸附性 还原性
解析 (2)磁性纳米铁棒和NaBH4都容易被氧化，所以在加入NaBH4之前需通入N2排出反应容器中的空气。(3)常温下，溶液的pH＝7，则c(OH－)＝1.0×10－7ml·L－1，根据Ksp[Cd(OH)2]＝5.3×10－15，可计算Cd2＋的浓度：c(Cd2＋)＝eq \f(Ksp[CdOH2],c2OH－)＝eq \f(5.3×10－15,1.0×10－72) ml·L－1＝0.53 ml·L－1。(4)含TeOeq \\al(2－,3)的溶液和磁性纳米铁棒作用，Te的化合价降低，被纳米铁棒还原，磁性纳米铁棒还能吸附Te，故在得到Te的过程中，磁性纳米铁棒呈现了还原性和吸附性。
2．(1)随着钴酸锂电池的普及使用，从废旧的钴酸锂电池中提取锂、钴等金属材料意义重大。下图是废旧钴酸锂电池材料(主要成分为LiCO2，含少量铁、铝、铜等元素的化合物)回收工艺流程：
①“拆解”前需进行“放电”处理的目的是____________________________________
________________________________________________________________________。
用食盐水浸泡是放电的常用方法，浸泡放电过程中产生的气体主要有________。
②滤液1中加入Na2SO3的主要目的是_________________________________________
________________________________________________________________________；
加入NaClO3的主要目的是_________________________________________________。
③“沉钴”过程中，(NH4)2C2O4的加入量(图甲)、沉淀反应的温度(图乙)与钴的沉淀率关系如图所示：
根据图分析：沉钴时应控制n(C2Oeq \\al(2－,4))∶n(C2＋)为______，温度控制在______℃左右。
(2)碱式硫酸铝[(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3]溶液可用于烟气脱硫。实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝溶液，实验流程如下：
已知“调pH”的反应为(2－x)Al2(SO4)3＋3xCaCO3＋3xH2O===2[(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3]＋3xCaSO4＋3xCO2↑。
①“酸浸”时适当增大H2SO4溶液浓度的目的是______________________，能达到相同目的的方法还有_________________________________________________________(任写一种)。
②“酸浸”时应控制H2SO4溶液的用量，H2SO4溶液用量不能过量太多的原因是________________________________________________________________________。
(3)亚氯酸钠(NaClO2)具有强氧化性，受热易分解，可作漂白剂、食品消毒剂等。以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下：
①提高“反应1”反应速率的措施有______________________________________________
______________________________________________________________(答出一条即可)。
母液中溶质的主要成分是____________________________________________(填化学式)。
②采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③“反应2”中使用H2O2而不用其他物质的原因是____________________________。
答案 (1)①防止在电池拆解过程中发生短路引起火灾及操作人员触电 H2、Cl2
②将C3＋还原为C2＋ 将Fe2＋氧化为Fe3＋
③1.15 46
(2)①加快酸浸时的反应速率(或提高铝元素的浸出率) 加热(或搅拌)
②会增加后续CaCO3的消耗量
(3)①适当升高反应温度(或其他合理答案) Na2SO4 ②常压蒸发温度过高，亚氯酸钠易分解
③多余的H2O2可分解为氧气和水，不引入其他杂质
解析 (1)①用食盐水浸泡放电过程实际是电解食盐水的过程，电解时，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，水电离出的氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气。②C3＋具有氧化性，向滤液1中加入具有还原性的Na2SO3，能将C3＋还原为C2＋；亚铁离子具有还原性，加入具有氧化性的NaClO3，能 将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于调节pH时，将Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀。③由图甲可知，n(C2Oeq \\al(2－,4))∶n(C2＋)为1.15时，钴的沉淀率最大，效果最好；由图乙可知，沉淀反应温度为46 ℃左右时，钴的沉淀率最大，效果最好。(3)①对于气体和液体的反应，为提高反应速率，可适当升高反应温度，增大吸收液浓度，增大SO2与吸收液的接触面积等；NaClO3在反应器中与二氧化硫反应生成ClO2和Na2SO4，所以母液中溶质的主要成分是Na2SO4。②减压蒸发在较低温度下进行，防止常压蒸发温度过高，造成亚氯酸钠分解。③用H2O2作还原剂，产物为水和氧气，且多余的H2O2可分解为氧气和水，不引入其他杂质。
考点二 化工流程中物质的分离与提纯
1．过滤(分离固、液混合物)
从工厂采集废液(含FeSO4和少量ZnSO4、MgSO4)，进行四氧化三铁的制备实验。制备流程如图所示：
操作a、b的名称分别为_______________________________________________________。
答案 过滤、过滤
2．萃取法分离
(1)“萃取分离”溶液中钴、锂的萃取率与平衡时溶液pH的关系如图所示，pH一般选择5左右，理由是________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)萃取剂对Al3＋、C2＋萃取率与pH的关系如图所示。
萃取分离钴、铝的实验操作：向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH＝3～4，分液可得CSO4溶液；________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，可得Al2(SO4)3溶液。
(3)已知萃取剂A、B中pH对钴离子、锰离子萃取率的影响如图所示，为了除去Mn2＋，应选择萃取剂________(填“A”或“B”)。
答案 (1)pH在5左右时，钴、锂的分离效率高
(2)继续向萃取分液后的有机相中加稀H2SO4调pH＝0.5以下(或1以下)，然后分液 (3)B
3．反萃取分离
实验室从含碘废液(除H2O外，含有CCl4、I2、I－等)中回收碘，其实验过程如图所示。
向含碘废液中加入稍过量的Na2SO3溶液，将废液中的I2还原为I－，其离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
该操作将I2还原为I－的目的是________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 SOeq \\al(2－,3)＋I2＋H2O===2I－＋2H＋＋SOeq \\al(2－,4) 使四氯化碳中的碘进入水层
4．结晶的方法
(1)KIO3的溶解度曲线如图所示。由KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为________________________________________________________________________。
答案 蒸发浓缩、降温结晶
解析 由溶解度曲线可知KIO3在常温下的溶解度较小，故由KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为蒸发浓缩、降温结晶。
(2)硫酸锰在不同温度下结晶可分别得到MnSO4·7H2O、MnSO4·5H2O和MnSO4·H2O。硫酸锰在不同温度下的溶解度和该温度范围内析出晶体的组成如下图所示。
从过滤所得的滤液中获得较高纯度MnSO4·H2O的操作是：控制温度在80～90 ℃之间蒸发结晶、____________，使固体MnSO4·H2O与溶液分离，__________________、真空干燥。
答案 趁热过滤 用80～90 ℃的蒸馏水洗涤2～3次
解析 据溶解度曲线图，要从过滤所得MnSO4溶液中获得较高纯度的MnSO4·H2O晶体，应在80～90 ℃之间进行蒸发结晶、趁热过滤，再用80～90 ℃的蒸馏水洗涤MnSO4·H2O晶体2～3次，最后真空干燥。
(3)已知CCl2的溶解度曲线如图所示。向碱式碳酸钴沉淀中加入足量稀盐酸边加热边搅拌至完全溶解后，需趁热过滤的原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 防止因温度降低，CCl2晶体析出
解析 由CCl2的溶解度曲线可以知道，随温度的升高，CCl2的溶解度增大，所以趁热过滤，防止温度降低，CCl2晶体析出。
1．化工生产过程中分离、提纯、除杂
化工生产过程中分离、提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。
2．常考分离、提纯的操作
(1)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。
(2)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。
(3)减压蒸发的原因：减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止某物质分解(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)或失去结晶水(如题目要求制备结晶水合物产品)。
(4)洗涤
(5)萃取与反萃取
①萃取：利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。
②反萃取：用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程，为萃取的逆过程。
(6)其他
①蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。
②减压蒸馏的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止受热分解、氧化等。
3．根据溶解度曲线判断结晶的方法
(1)溶解度受温度影响较小的(如NaCl)采取蒸发结晶的方法。
(2)溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
(3)带有结晶水的盐，一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
[2017·全国卷Ⅲ，27(4)]重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填字母)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a．80 ℃ b．60 ℃
c．40 ℃ d．10 ℃
步骤⑤的反应类型是________________。
答案 d 复分解反应
1．(1)碘化亚铜(CuI)是阳极射线管覆盖物，不溶于水和乙醇。下图是工业上由冰铜制取无水碘化亚铜的流程。
①步骤a中Cu2S被转化为Cu，同时有大气污染物A生成，相关反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
熔渣B主要成分为黑色磁性物质，其化学式为
________________________________________________________________________。
②步骤b中H2O2的作用是_________________________________________________；
步骤c中加入过量NaI涉及的主要反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
③步骤d用乙醇洗涤的优点是______________________________________________；
检验沉淀是否洗涤干净的方法是______________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)下图是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线，则由Na2SO4溶液得到Na2SO4固体的操作是________→________→用乙醇洗涤→干燥。用乙醇洗涤而不用水洗的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①Cu2S＋O2eq \(======,\s\up7(1 200 ℃))2Cu＋SO2 Fe3O4
②作氧化剂，将Cu2O和Cu氧化为Cu2＋ 2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2 ③洗去残余水分且可快速晾干 蘸取最后一次洗涤液进行焰色试验，如果火焰无黄色则已洗净(或其他合理答案) (2)蒸发结晶 趁热过滤 防止Na2SO4固体转化为Na2SO4·10H2O，并防止Na2SO4因溶于水而损耗
解析 (1)①步骤a中Cu2S与空气中氧气在1 200 ℃条件下反应生成Cu和二氧化硫，反应的化学方程式为Cu2S＋O2eq \(======,\s\up7(1 200℃))2Cu＋SO2；由熔渣B的主要成分为黑色磁性物质可知，FeS与空气中氧气在1 200 ℃条件下反应生成四氧化三铁和二氧化硫。②步骤b的反应为在硫酸作用下，H2O2作氧化剂，将氧化亚铜、铜氧化生成硫酸铜；步骤c的反应为硫酸铜溶液与过量的NaI溶液反应得到CuI沉淀。③步骤d用乙醇洗涤可以洗去固体表面的水，同时由于乙醇易挥发达到快速晾干的目的；洗涤液中含有钠离子、硫酸根离子，可以用焰色试验或酸化的氯化钡溶液检验沉淀是否洗涤干净。(2)由图像溶解度曲线变化可知，Na2SO4的溶解度在温度较高时，随温度升高而降低，而Na2SO4·10H2O的溶解度随温度升高而增大，欲得到Na2SO4固体，应采取加热蒸发溶剂使Na2SO4结晶析出，并趁热过滤；因Na2SO4难溶于乙醇，所以用乙醇洗涤既防止Na2SO4和水作用生成Na2SO4·10H2O，又能防止Na2SO4因溶于水而损耗。
2．(1)碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠(纯度约98%)中含有Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Cl－和SOeq \\al(2－,4)等杂质，提纯工艺路线如下：
已知：碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如图所示。
回答下列问题：
①滤渣的主要成分为____________________________________________________。
②“趁热过滤”的原因是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)以废旧锌锰电池中的黑锰粉[MnO2、MnO(OH)、NH4Cl、少量ZnCl2及炭黑、氧化铁等]为原料制备MnCl2，实现锰的再利用。其简略工艺流程如下：
溶液a的主要成分为NH4Cl，另外还含有少量ZnCl2等。
①根据下图所示的溶解度曲线，将溶液a__________________________(填操作)，可得NH4Cl粗品。
②提纯NH4Cl粗品，有关性质数据如下：
根据上表，设计方案提纯NH4Cl：__________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3 ②使析出的晶体为Na2CO3·H2O，防止因温度过低而析出Na2CO3·10H2O晶体，令后续的加热脱水耗时长 (2)①蒸发结晶、趁热过滤 ②加热NH4Cl粗品至340 ℃左右，发生反应NH4Cleq \(=====,\s\up7(△))NH3↑＋HCl↑，收集产物并冷却，再发生反应NH3＋HCl===NH4Cl，得到纯净的NH4Cl
解析 (1)从题目中可知，该实验目的是从工业碳酸钠中提纯碳酸钠，工业碳酸钠中含有的杂质有Mg2＋、Fe3＋、Ca2＋、Cl－和SOeq \\al(2－,4)等，所以该流程的目的就是把这些杂质除去并得到纯净的碳酸钠固体。流程图中加水是使可溶物质溶于水，少量的Ca2＋与COeq \\al(2－,3)生成沉淀CaCO3。加入过量的NaOH溶液，很显然是将Mg2＋、Fe3＋转化成Mg(OH)2、Fe(OH)3沉淀，再通过过滤的方法除去。通过题图可得出Na2CO3·H2O随温度升高溶解度变化不大，可以通过蒸发浓缩、结晶、趁热过滤除去Cl－、SOeq \\al(2－,4)和一些沉淀不完全的离子。由于Na2CO3·10H2O的溶解度随温度的升高变化非常大，如果降温，一定会析出而影响主要产物，所以要趁热过滤。(2)①由图可知NH4Cl的溶解度随温度变化不大，故将溶液a蒸发结晶、趁热过滤，可得NH4Cl粗品。
考点三 化工流程中化学方程式的书写及有关计算
1．工业上以黄铜矿(主要含 CuFeS2，还含FeS等)为原料可以制备Cu，流程如下：
(1)写出“浸取”时 CuFeS2和FeCl3溶液反应的离子方程式：_____________________
________________________________________________________________________。
(2)“稀释”时反应的化学方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)3Fe3＋＋CuFeS2＋Cl－===CuCl＋2S＋4Fe2＋ (2)2Na[CuCl2]===Cu↓＋CuCl2＋2NaCl
解析 根据该工艺流程图中信息可知，“浸取”时是将黄铜矿与FeCl3溶液充分反应，化学方程式为3FeCl3＋CuFeS2===CuCl＋2S＋4FeCl2,2FeCl3＋FeS===3FeCl2＋S，过滤得到CuCl和S的混合物，洗涤，向洗涤后的固体中加入NaCl溶液，“溶解”时发生的反应为NaCl＋CuCl===Na[CuCl2]，过滤出S，得到滤液，向滤液中加水稀释得到Cu和CuCl2、NaCl等，“稀释”时反应为2Na[CuCl2]===Cu↓＋CuCl2＋2NaCl。
2．工业上使用催化剂时常需要载体，纳米氧化锌可作为一些催化剂的载体。工业上由软锰矿(主要成分为MnO2)与锌精矿(主要成分为ZnS)酸性共融法制备MnO2及纳米ZnO的工艺流程如图。回答下列问题：
(1)写出酸浸时ZnS与MnO2发生的主要反应的化学方程式：____________________
________________________________________________________________________(无单质硫生成)。
(2)Na2S2O8是一种强氧化剂，能与Mn2＋反应生成SOeq \\al(2－,4)和紫色MnOeq \\al(－,4)。用Na2S2O8检验水相中的Mn2＋时发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)ZnS＋4MnO2＋4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O
(2)2Mn2＋＋5S2Oeq \\al(2－,8)＋8H2O===2MnOeq \\al(－,4)＋10SOeq \\al(2－,4)＋16H＋
解析 (1)根据工艺流程分析，酸浸时，ZnS、MnO2分别转化为ZnSO4、MnSO4，即S由－2价升高为＋6价，Mn由＋4价降低为＋2价，根据得失电子守恒、原子守恒，配平化学方程式为ZnS＋4MnO2＋4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O。(2)S2Oeq \\al(2－,8)与Mn2＋反应生成SOeq \\al(2－,4)和MnOeq \\al(－,4)，根据得失电子守恒，S2Oeq \\al(2－,8)、Mn2＋的化学计量数之比为5∶2，再根据电荷守恒和原子守恒，配平的离子方程式为2Mn2＋＋5S2Oeq \\al(2－,8)＋8H2O===2MnOeq \\al(－,4)＋10SOeq \\al(2－,4)＋16H＋。
3．将等体积的4×10－3 ml·L－1的AgNO3溶液和4×10－3ml·L－1 K2CrO4溶液混合，有无Ag2CrO4沉淀产生？[已知：Ksp (Ag2CrO4)＝1.12×10－12]
答案 有
解析 等体积混合后，浓度为原来的一半。c(Ag＋)＝2×10－3ml·L－1，c(CrOeq \\al(2－,4))＝2×10－3ml·
L－1，Q＝c2(Ag＋)·c(CrOeq \\al(2－,4))＝(2×10－3 )2×2×10－3＝8×10－9＞Ksp，所以有沉淀析出。
(一)化工流程中化学方程式的书写
1．书写思路
首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型：
(1)元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律；
(2)元素化合价有变化则为氧化还原反应，既遵循质量守恒定律，又遵循得失电子守恒规律。
2．流程中陌生的氧化还原反应的书写流程
(1)首先根据题给材料中的信息确定氧化剂(或还原剂)与还原产物(或氧化产物)，结合已学知识根据加入的还原剂(或氧化剂)判断氧化产物(或还原产物)。
(2)根据得失电子守恒配平氧化还原反应。
(3)根据电荷守恒和反应物的酸碱性，在方程式左边或右边补充H＋、OH－或H2O等。
(4)根据质量守恒配平反应方程式。
(二)化工流程中的有关计算
1．Ksp计算
(1)判断能否沉淀。
(2)判断能否沉淀完全。
(3)计算某一离子的浓度。
(4)沉淀生成和沉淀完全时pH的计算。
2．产率、纯度的计算
(1)计算公式
纯度＝eq \f(纯净物的质量,混合物的质量)×100%
产物的产率＝eq \f(产物的实际产量,产物的理论产量)×100%
(2)计算的关键在于运用守恒或关系式法结合实验原理找到计算的关系，确定数量关系。
1．(2022·广东，18)稀土(RE)包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下：
已知：月桂酸(C11H23COOH)的熔点为44 ℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持＋3价不变；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子沉淀的相关pH见下表。
(1)“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是__________。
(2)“过滤1”前，用NaOH溶液调pH至__________的范围内，该过程中Al3＋发生反应的离子方程式为________________________________________________________________。
(3)“过滤2”后，滤饼中检测不到Mg元素，滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1。为尽可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中c(C11H23COO－)低于__________ ml·L－1(保留两位有效数字)。
(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3＋溶出、提高产率，其原因是________________________________________________________________________。
②“操作X”的过程为先____________，再固液分离。
(5)该工艺中，可再生循环利用的物质有__________(写化学式)。
(6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂Pt3Y。
①还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y时，生成1 ml Pt3Y转移__________ ml电子。
②Pt3Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化O2的还原，发生的电极反应为________________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2＋ (2)4.7≤pH