2024届高考化学一轮复习 课时分层作业15　无机化工流程的解题策略 （含答案）

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一、选择题（每小题有一个或两个选项符合题目要求）
1．（2022·济南模拟）利用镍边角料、电镀厂的阴极镍挂柱（含铁、铜杂质）生产硫酸镍的工艺流程如图所示。
下列说法错误的是( )
A．“酸溶”时，应该先加入一定量的硝酸，待固体完全溶解后再按剂量加入硫酸
B．“中和”、第一次“过滤”的主要目的是除铁元素
C．硫化剂X可以是NiS
D．“酸溶”时镍表面会有“氢气膜”，硝酸可将镍表面吸附的氢转化为水，提高“酸溶”速率
2．（2022·长沙模拟）在实验室进行铁粉和硫粉混合加热的实验，产物又进行了系列实验，流程如下。下列说法正确的是( )
A．气体A和D含有同一物质，且均为氧化产物
B．硫元素至少参加了3个氧化还原反应
C．沉淀F可以和NaOH溶液在加热的条件下反应
D．若固体B中加浓硫酸，发生反应时被氧化的和被还原的均为同一种元素
3．（2022·丹东模拟）以含镍废料（主要成分为NiO，含少量FeO、Fe2O3、CO、BaO和SiO2）为原料制备碳酸钴(CCO3)和NixOy的工艺流程如图。下列说法正确的是( )
A．“滤渣Ⅰ”成分是SiO2
B．“氧化”时为证明添加NaClO3已足量，可用KSCN溶液进行检验
C．“沉钴”反应的离子方程式为2HCO eq \\al(－,3)＋C2+===CCO3↓＋CO2↑＋H2O
D．NiSO4溶液通过蒸发结晶获得NiSO4·6H2O晶体
4．（2022·福州模拟）在我国，粉煤灰是排放量仅次于尾矿的工业固废。粉煤灰的主要组成为Al2O3、SiO2，含少量Fe2O3、CaO等，可利用酸碱联合法回收粉煤灰中的Al2O3和SiO2，回收流程如图所示。
已知：低温拜耳法反应原理之一为NaAlO2＋2H2O⥫⥬Al(OH)3↓＋NaOH、2Al(OH)3 eq \(=====,\s\up10(一定温度))Al2O3＋3H2O。下列说法错误的是( )
A．水浸后，溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到硫酸铝晶体
B．滤渣的主要成分为SiO2
C．还原焙烧的主要反应为2Al2(SO4)3＋3C eq \(=====,\s\up10(高温))2Al2O3＋3CO2↑＋6SO2↑
D．低温拜耳法所得滤液不可循环利用
二、非选择题
5．（2022·滨州模拟）2022年3月，我国科研团队准确测定了嫦娥五号带回的月壤样品中40多种元素的含量。研究人员曾在月壤中发现了辉钼矿（主要成分为MS2，含有少量杂质），可用于制备钼酸钠晶体(Na2MO4·2H2O)，生产工艺如图。
回答下列问题：
(1)焙烧时，采用逆流（空气从炉底进入，辉钼矿经粉碎后从炉顶进入）焙烧的目的是______________________________________。某些生产工艺在焙烧时加入CaCO3会更环保，其原因是_____________________________________________
____________________________________________________________________（用化学方程式表示）。
(2)碱性条件下，也可将辉钼矿加入NaClO溶液中制得钼酸钠和硫酸盐，该反应的离子方程式为_______________________________________________。
6．（2022·唐山模拟）钪(Sc)及其化合物具有许多优良的性能，被应用于航空航天、超导、核能等领域，以赤泥（含有Sc2O3、Al2O3、Fe2O3、SiO2等）为原料提取Sc2O3的流程如下：
已知：①P2O4为磷酸酯萃取剂（密度小于水）；②ScCl3易水解。
请回答下列问题：
(1)“酸浸”时，当温度高于40 ℃钪的浸出率开始下降，其原因是__________
____________________________________________________________________；
滤渣的主要成分________（填化学式）。
(2)用盐酸“洗涤”的目的是____________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)SOCl2是一种液态化合物，与水发生剧烈的非氧化还原反应，生成两种有刺激性气味的气体，化学反应方程式为______________________________________
____________________________________________________________________，
“回流过滤”中SOCl2的作用除了将Sc(OH)3转化成ScCl3、作溶剂外，还有一个作用是_____________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)在空气中灼烧草酸钪得到Sc2O3的化学反应方程式为___________________。
7．（2022·长沙模拟）钛白粉（纳米级）广泛应用于功能陶瓷、催化剂、化妆品和光敏材料等白色无机颜料。具有优良的遮盖力和着色牢度，适用于不透明的白色制品。其制备原料钛铁矿(FeTiO3)中往往含有Fe2O3、MgO、CaO、Al2O2、SiO2等杂质。一种硫酸法制取白色颜料钛白粉(TiO2)的生产工艺如图1：
图1
已知：①酸浸后，钛主要以TiOSO4形式存在；
②强电解质TiOSO4在溶液中仅能电离出SO eq \\al(2-,4)和一种阳离子；
③H2TiO3不溶于水和稀酸。
(1)要提高酸浸速率，可采取的措施是____________________________________
____________________________________________________________________（写出一条即可）。
(2)滤渣①中除铁粉外，还可能含有的成分是________。
(3)酸浸过程中，FeTiO3发生反应的离子方程式为________________________。
(4)加入铁粉的目的是还原体系中的Fe3+。为探究最佳反应条件，某实验室做了如下尝试。
图2
①在其他条件不变的情况下，体系中Fe(Ⅲ)[指Fe3+和Fe(OH)3等含正三价铁元素的微粒]含量随pH变化如图2，试分析，在pH介于4～6之间时，Fe(Ⅲ)主要以________（填微粒化学式）形式存在。
图3
②保持其他条件不变，体系中Fe(Ⅲ)含量随温度变化如图3，请从化学平衡原理角度分析，55 ℃后，Fe(Ⅲ)含量增大的原因是____________________________
____________________________________________________________________。
(5)水解过程中得到的滤渣③的化学式为________。
课时分层作业（十五）
1．A [镍边角料、电镀厂的阴极镍挂柱（含铁、铜杂质）酸溶后产生Fe3+、Cu2+和Ni2+；中和时加入碱式碳酸镍以降低酸度，使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀；过滤后，向滤液中加入NiS将Cu2+转化为CuS沉淀，过滤，再获得硫酸镍。“酸溶”时，若先加入硝酸，硝酸会溶解Ni、Fe、Cu，并产生较多的NO（有毒气体）；若先加入硫酸，硫酸可以和Ni、Fe反应生成Ni2+、Fe2+，再加入硝酸，硝酸会氧化Cu、Fe2+，则硝酸的消耗量要少一些，并产生较少的NO；故“酸溶”时，应该先加入一定量的硫酸，待固体停止溶解后再按剂量加入硝酸，A错误。]
2．BC [首先铁粉和硫粉反应生成FeS，S和O2反应生成SO2，FeS与稀硫酸反应生成FeSO4和H2S，H2S和H2SO4（浓）反应生成S、SO2和H2O。由以上分析可知，气体A中SO2是氧化产物，气体D中SO2是还原产物，A错误；固体B为FeS，FeS和浓硫酸反应生成Fe2(SO4)3、S、SO2和H2O，其中被氧化的元素为Fe和S，被还原的元素为S，故发生反应时被氧化的和被还原的不均为同一种元素，D错误。]
3．C [由题给流程可知，含镍废料加入稀硫酸酸浸时，NiO、FeO、Fe2O3、CO与稀硫酸反应转化为可溶性硫酸盐，氧化钡与稀硫酸反应转化为硫酸钡，二氧化硅不反应，过滤得到含有硫酸钡、二氧化硅的滤渣Ⅰ和含有可溶性硫酸盐的滤液；向滤液中加入氯酸钠溶液将亚铁离子氧化为铁离子，加入碳酸钠溶液调节溶液pH，将铁离子转化为黄钠铁矾渣，过滤得到黄钠铁矾渣和除去铁离子的滤液；向滤液中加入萃取剂萃取溶液中的镍离子，分液得到含有镍离子的有机相和含有钴离子的水相；向水相中加入碳酸氢钠溶液，将钴离子转化为碳酸钴沉淀，过滤得到碳酸钴；向有机相中加入反萃取剂萃取、分液得到硫酸镍溶液，硫酸镍溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到六水硫酸镍晶体，六水硫酸镍晶体经灼烧得到NixOy。]
4．D [水浸后，溶液中主要含有硫酸铝，对溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤可得到硫酸铝晶体，A正确；由粉煤灰组成知，滤渣的主要成分是二氧化硅，B正确；还原焙烧时硫酸铝与C反应生成氧化铝、CO2和SO2，C正确；低温拜耳法所得滤液中含有NaOH，可以循环利用，D错误。]
5．解析：辉钼矿在空气中焙烧后产生粗产品MO3和尾气，尾气中含有SO2，粗产品MO3和碳酸钠溶液反应得到Na2MO4溶液，经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥得到Na2MO4·2H2O。辉钼矿与次氯酸钠溶液反应也可得到Na2MO4溶液，经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥得到Na2MO4·2H2O。
答案：(1)增加固体和气体的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率 2CaCO3＋2SO2＋O2 eq \(=====,\s\up10(高温))2CaSO4＋2CO2
(2)9ClO－＋MS2＋6OH－===MO eq \\al(2-,4)＋3H2O＋9Cl－＋2SO eq \\al(2-,4)
6．解析：向赤泥中加入盐酸酸浸时，金属氧化物溶于盐酸得到可溶性金属氯化物，二氧化硅不与盐酸反应，过滤得到含有二氧化硅的滤渣和含有金属氯化物的滤液；向滤液中加入磷酸酯萃取剂萃取溶液中的氯化钪，分液得到含有氯化铁、氯化铝的水相和含有氯化钪的有机相；向有机相中加入盐酸洗涤除去残留的氯化铁、氯化铝，分液得到有机相；向有机相中加入氢氧化钠溶液，将氯化钪转化为氢氧化钪沉淀，过滤得到有机相和氢氧化钪；向氢氧化钪中加入SOCl2回流过滤，将氢氧化钪转化为氯化钪，向氯化钪中加入草酸溶液，将氯化钪转化为草酸钪沉淀，过滤后在空气中灼烧草酸钪得到三氧化二钪。
答案：(1)温度过高，HCl受热挥发，盐酸浓度减小，酸浸速率减慢 SiO2 (2)除去有机相中的FeCl3、AlCl3 (3)SOCl2＋H2O===2HCl↑＋SO2↑ 抑制Sc3+水解 (4)2Sc2(C2O4)3＋3O2 eq \(=====,\s\up10(高温))2Sc2O3＋12CO2
7．解析：(4)①由图2知，在pH介于4～6之间时，Fe(Ⅲ)含量较大，且随pH的增大变化不大，说明此时Fe(Ⅲ)主要以Fe(OH)3形式存在。(5)根据已知③及灼烧滤渣③生成钛白粉知，水解过程发生反应：TiO2+＋2H2O⥫⥬H2TiO3↓＋2H＋，得到的滤渣③为H2TiO3。
答案：(1)粉碎矿石、适当加热、适当增大硫酸浓度等（答案合理即可）
(2)SiO2、CaSO4 (3)FeTiO3＋4H＋===TiO2+＋Fe2+＋2H2O
(4)①Fe(OH)3 ②Fe3+在溶液中存在水解平衡Fe3+＋3H2O⥫⥬Fe(OH)3＋3H＋，水解吸热，温度升高，平衡向吸热的方向移动，生成Fe(OH)3，Fe(OH)3不再与铁粉发生反应 (5)H2TiO3
沉淀
Ni(OH)2
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Fe(OH)2
NiS
CuS
FeS
Ksp
5.5×10-16
2.6×10-39
2.2×10-20
4.9×10-17
3.2×10-19
1.3×10-36
6.3×10-18