2025年高考化学一轮复习 课时检测三十一：无机化学工艺流程（含解析）

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A．酸洗时加入H2O2的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋
B．实验室进行“操作Ⅰ”需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗
C．“滤渣Ⅰ”的成分是Ti(OH)4、Fe(OH)3
D．草酸钪焙烧时反应的化学方程式：
2Sc2(C2O4)3＋3O2eq \(=====,\s\up7(△))2Sc2O3＋12CO2
2．(2024·长沙高三模拟)从废旧铅蓄电池铅膏(主要含PbSO4和PbO2等，还有少量Fe、Al的盐或氧化物等)中回收铅的工艺流程如下：
下列说法正确的是( )
A．PbSO4和(NH4)2CO3溶液反应的离子方程式：Pb2＋＋COeq \\al(2－,3)===PbCO3↓
B．H2O2的主要作用是作氧化剂，氧化Fe2＋
C．对于BFeq \\al(－,4)离子，其中心原子的杂化方式为sp2
D．电解时，阳极、阴极材料可分别用石墨、铅
3．(2023·山东等级考·改编)一种制备Cu2O的工艺路线如图所示，反应Ⅱ所得溶液pH在3～4之间，反应Ⅲ需及时补加NaOH以保持反应在pH＝5条件下进行。常温下，H2SO3的电离平衡常数Ka1＝1.3×10－2，Ka2＝6.3×10－8。下列说法不正确的是( )
A．反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为氧化还原反应
B．低温真空蒸发主要目的是防止Na2SO3被氧化
C．溶液Y可循环用于反应Ⅱ所在操作单元中吸收气体Ⅰ
D．若Cu2O产量不变，参与反应Ⅲ的X与CuSO4物质的量之比eq \f(nX,nCuSO4)增大时，需补加NaOH的量减少
4．(2023·潍坊高三模拟)锰及其化合物用途广泛，以菱锰矿(主要成分为MnCO3，还含有铁、镍、钴的碳酸盐以及SiO2杂质)为原料生产金属锰和高品位MnCO3的工艺流程如图所示：
已知25 ℃时，部分物质的溶度积常数如表所示：
说明：整个流程中C、Ni均为＋2价。下列说法正确的是( )
A．“氧化”时MnO2的主要作用是氧化Fe2＋
B．“滤渣3”的成分为CS、NiS
C．“沉锰”时，为了增强沉淀效果，应将MnSO4溶液滴加到NH4HCO3溶液中
D．“电解”时，以Fe作电极，MnSO4、ZnSO4溶液为电解液、阳极产物为ZnxMn(1－x)Fe2O4，每生成1 ml ZnxMn(1－x)Fe2O4转移电子数为（7-2x）NA
5.(2024·济南高三模拟)工业上利用石煤矿粉(主要含V2O3及少量Al2O3、SiO2)为原料生产V2O5，工艺流程如下：
已知：①“水溶”“转沉”“转化”后，所得含钒物质依次为NaVO3、Ca3(VO4)2、(NH4)3VO4；
②不同pH下，＋5价钒在溶液中的主要存在形式见下表：
③25 ℃时，Ksp(NH4VO3)＝1.6×10－3。
回答下列问题：
(1)“焙烧”时，V2O3发生反应的化学方程式为__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)滤液Ⅰ的成分为________________(填化学式)；先“转沉”后“转化”的目的是________________________________________________________________________。
(3)“转化”时，滤渣Ⅱ经高温煅烧后水浸，所得物质可导入________操作单元中循环使用。
(4)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是①________________________________________________________________________，
②________________________________________________________________________；
25 ℃时，测得“转化”后，滤液中c(VOeq \\al(－,3))＝0.2 ml·L－1，为使“沉钒”时，钒元素的沉降率达到96%，应调节溶液中c(NHeq \\al(＋,4))至少_______ml·L－1 。
(5)“煅烧”时，NH4VO3制得产品V2O5。但反应体系中，若不及时分离气体Ⅱ，部分V2O5会转化成V2O4，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
6．以锌焙砂(主要成分为ZnO，还含有Fe2O3、ZnFe2O4和少量Pb、Ag、Cu、Cd)为原料，制备黄铁矾和ZnSO4·7H2O的工艺流程如下：
已知：①ZnFe2O4的成分可看做ZnO·Fe2O3，只在高温高酸环境下溶解；
②25 ℃下，浸出液中Zn2＋和Fe3＋开始沉淀和完全沉淀(c＝10－5 ml·L－1)时的pH如下表：
回答下列问题：
(1)基态锌原子的核外电子排布式为________________________，欲提高“浸出”速率，可采用的方法是_________________________________________________________(任写一条)。
(2)pH＝6.2时，浸出液中c(Zn2＋)＝__________。
(3)“高温高酸浸出”步骤中加入的酸不能选用盐酸，原因是__________________
________________________________________________________________________。
(4)“预中和”时，ZnO发生反应的化学方程式为____________________________
________________________________________________________________________。
(5)黄铁矾的生成条件是溶液中必须有Na＋、K＋或NHeq \\al(＋,4)等离子(A＋)，不同种类和数量的阳离子除铁效果如图，则A2SO4试剂最好选用________(填化学式)，选用该试剂沉铁时，生成黄铁矾[AFe3(SO4)2(OH)6]的离子方程式为__________________________________。
(6)获得ZnSO4·7H2O的“一系列操作”是_________、__________、过滤、洗涤、干燥。
7．(2023·陕西渭南一模)以焙烧黄铁矿FeS2(杂质为石英等)产生的红渣为原料制备铵铁蓝Fe(NH4)Fe(CN)6颜料，工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)红渣的主要成分为____________，滤渣①的主要成分为____________。(填化学式)
(2)黄铁矿研细的目的是______________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)还原工序中，不生成S单质的反应的化学方程式为_______________________。
(4)工序①的名称为__________________________，所得母液循环使用。
(5)沉铁工序产生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合价为__________，氧化工序发生反应的离子方程式为_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)若用还原工序得到的滤液制备Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4，所加试剂为________和__________(填化学式，不引入杂质)。
课时检测(三十一)
1．C 从钛白酸性废水(主要含有Ti4＋、Fe2＋，还含有微量Sc3＋)中富集钪，酸洗时加入H2O2的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氢氧化钠溶液进行反萃取，过滤得到“滤渣Ⅰ”的主要成分是Ti(OH)4、Fe(OH)3、Sc(OH)3，然后加入10%盐酸调pH溶解Sc(OH)3。转化为含Sc3＋的溶液，再加入草酸溶液得到草酸钪，草酸钪与氧气焙烧时反应生成Sc2O3和CO2，酸洗时加入H2O2的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋，A正确；由流程可知，“操作Ⅰ”是过滤，过滤操作需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗，B正确；“滤渣Ⅰ”的主要成分是Ti(OH)4、Fe(OH)3、Sc(OH)3，C错误；草酸钪与氧气焙烧时反应生成Sc2O3和CO2，反应的化学方程式：2Sc2(C2O4)3＋3O2eq \(=====,\s\up7(△))2Sc2O3＋12CO2，D正确。
2．D PbSO4与Na2CO3溶液反应生成更难溶的PbCO3，转化后生成的碳酸铅可由酸浸进入溶液中，转化反应的离子方程式：PbSO4(s)＋COeq \\al(2－,3)(aq)===PbCO3(s)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)，A错误；第一步“溶浸”中PbO2中Pb元素的化合价降低，PbO2作氧化剂，H2O2作还原剂，B错误；对于BFeq \\al(－,4)，其中心原子的价层电子对数为4，杂化方式为sp3，C错误；电解四氟合硼酸铅溶液时，石墨是电解池的阳极，铅是阴极，铅离子在阴极得到电子发生还原反应生成铅，D正确。
3．A 反应Ⅱ所得溶液pH在3～4之间，则反应Ⅱ为SO2和Na2CO3溶液反应生成NaHSO3和CO2，为非氧化还原反应，A错误；反应Ⅱ得到NaHSO3溶液，调pH＝11时NaHSO3转化为Na2SO3，故低温真空蒸发主要目的是防止Na2SO3被氧化，B正确；溶液Y含少量Na2SO3，可循环用于反应Ⅱ所在操作单元中吸收SO2气体生成NaHSO3，C正确；化合物X为Na2SO3，当Na2SO3少量时，反应Ⅲ为2CuSO4＋Na2SO3＋2H2O===Cu2O↓＋Na2SO4＋2H2SO4，当Na2SO3过量时，反应Ⅲ为2CuSO4＋3Na2SO3===Cu2O↓＋3Na2SO4＋2SO2↑，生成的SO2气体会逸出，故当eq \f(nNa2SO3,nCuSO4)增大时，需补加NaOH的量减少，D正确。
4．A “溶浸”时，碳酸盐转变为可溶的硫酸盐，加入MnO2“氧化”是为了将Fe2＋转化为Fe3＋；溶液中Fe2＋不易沉淀，转化为Fe3＋易沉淀除去，A项正确。“除杂”后的滤液中有C2＋和Ni2＋，则MnS将它们转化为CS和NiS除去；滤渣3中含有MnS、CS和NiS，B项错误。NH4HCO3溶液呈碱性，Mn2＋易发生水解而损失，C项错误。ZnxMn(1－x)Fe2O4中Zn、Mn化合价均为＋2价，根据物质化合价代数和为0计算，Fe化合价为＋3，即每生成1 ml ZnxMn(1－x)Fe2O4转移6 ml电子，D项错误。
5．解析：石煤矿粉(主要含V2O3及少量Al2O3、SiO2)，加入O2、H2O和NaCl固体，将V2O3氧化成NaVO3，生成的气体为HCl，加水溶解，滤渣Ⅰ为Al2O3、SiO2，滤液为NaVO3水溶液，加入Ca(OH)2 将NaVO3转化为沉淀Ca3(VO4)2，可以富集钒元素，再加入(NH4)2CO3除去Ca2＋，最后加入过量NH4Cl，可以调节pH，将VOeq \\al(3－,4)转化为VOeq \\al(－,3)，也可以促进NH4VO3尽可能析出完全，煅烧NH4VO3生成V2O5。(1)“焙烧”时，V2O3被氧化生成NaVO3，发生反应的化学方程式为V2O3＋O2＋2NaCl＋H2Oeq \(=====,\s\up7(高温))2NaVO3＋2HCl。(2)在NaVO3溶液中加入Ca(OH)2形成沉淀，滤液Ⅰ的主要成分为NaOH；先“转沉”后“转化”的目的是富集钒元素。(3)“转化”时，滤渣Ⅱ为CaCO3，经高温煅烧生成CaO再水浸后生成Ca(OH)2，可以导入“转沉”中循环利用。(4)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，加入过量NH4Cl是为了调节pH，将VOeq \\al(3－,4)转化为VOeq \\al(－,3)，还可以利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全；Ksp(NH4VO3)＝1.6×10－3，溶液中的c(VOeq \\al(－,3))＝0.2 ml·L－1×(1－0.96)＝8×10－3 ml·L－1，c(NHeq \\al(＋,4))＝eq \f(Ksp,cVO\\al(－,3))＝eq \f(1.6×10－3,8×10－3)＝0.2 ml·L－1。(5)根据题目信息，“煅烧”NH4VO3制得产品V2O5时，V2O5与分解产物NH3反应的化学方程式为3V2O5＋2NH3eq \(=====,\s\up7(高温))3V2O4＋N2＋3H2O。
答案：(1)V2O3＋O2＋2NaCl＋H2Oeq \(=====,\s\up7(高温))2NaVO3＋2HCl
(2)NaOH 富集钒元素 (3)转沉
(4)①调节pH，将VOeq \\al(3－,4)转化为VOeq \\al(－,3)
②利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全 0.2
(5)3V2O5＋2NH3eq \(=====,\s\up7(高温))3V2O4＋N2＋3H2O
6．解析：以锌焙砂(主要成分为ZnO，还含有Fe2O3、ZnFe2O4和少量Pb、Ag、Cu、Cd)为原料，调节pH＝5.2～5.4进行浸出，浸出液加锌除铜镉，所得滤液经一系列操作(蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥)得到ZnSO4·7H2O；浸出渣加入硫酸在高温高酸条件下浸出铅银渣，浸出液加入锌焙砂预中和除去中和渣，滤液加入硫酸钠沉铁，得到黄铁矾。(1)Zn原子基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2；酸浸时一般要将锌焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率，为达到这一目的，可以采用的方法是粉碎、搅拌、升温、适当增大酸的浓度等。(2)pH＝8.2时，c(OH－)＝10－5.8 ml·L－1，根据Ksp[Zn(OH)2]＝c(Zn2＋)·c2(OH－)＝10－5×(10－5.8)2＝10－16.6；pH＝6.2时，c(OH－)＝10－7.8 ml·L－1，根据Ksp[Zn(OH)2]＝
c(Zn2＋)·c2(OH－)＝c(Zn2＋)×(10－7.8)2＝10－16.6，可知浸出液中c(Zn2＋)＝0.1 ml·L－1。(3)ZnFe2O4 具有强氧化性，“高温高酸浸出”步骤中加入的酸若为盐酸，会被氧化生成氯气引起污染。(4)“预中和”时，ZnO与高温高酸浸出液中的硫酸反应生成硫酸锌和水，发生反应的化学方程式为ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O。(5)黄铁矾的生成条件是溶液中必须有Na＋、K＋或NHeq \\al(＋,4)等离子(A＋)，由不同种类和数量的阳离子除铁效果图可知，选用Na2SO4时用时短，除铁效果也好，故试剂最好选用Na2SO4，选用该试剂沉铁时，生成黄铁矾[AFe3(SO4)2(OH)6]的离子方程式为Na＋＋3Fe3＋＋2SOeq \\al(2－,4)＋6OH－===NaFe3(SO4)2(OH)6↓。(6)由溶液中得到晶体，获得ZnSO4·7H2O的“一系列操作”是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s2 粉碎、搅拌、升温、适当增大酸的浓度等(任写一条)
(2)0.1 ml·L－1
(3)ZnFe2O4 具有强氧化性，“高温高酸浸出”步骤中加入的酸若为盐酸，会被氧化生成氯气引起污染
(4)ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O
(5)Na2SO4 Na＋＋3Fe3＋＋2SOeq \\al(2－,4)＋6OH－===NaFe3(SO4)2(OH)6↓
(6)蒸发浓缩 冷却结晶
7．解析：已知黄铁矿高温煅烧生成Fe2O3，反应原理为4FeS2＋11O2eq \(=====,\s\up7(煅烧))2Fe2O3＋8SO2，故产生的红渣主要成分为Fe2O3和SiO2，将红渣粉碎后加入足量的50%的H2SO4溶液加热充分酸浸，反应原理为Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O，过滤出滤渣①，主要成分为SiO2，向滤液中加入黄铁矿进行还原，将Fe3＋还原为Fe2＋，由(3)小问可知不生成S沉淀，则硫元素被氧化为SOeq \\al(2－,4)，反应原理为14Fe3＋＋FeS2＋8H2O===15Fe2＋＋2SOeq \\al(2－,4)＋16H＋，然后进行工序①为蒸发浓缩、冷却结晶，得到FeSO4晶体和母液(主要含有FeSO4 溶液和H2SO4，可以循环利用)，加水溶解FeSO4晶体，向所得溶液中加入(NH4)2SO4、K4[Fe(CN)6]并用H2SO4调节溶液的pH为3，进行沉铁过程，反应原理为Fe2＋＋2NHeq \\al(＋,4)＋[Fe(CN)6]4－===Fe(NH4)2Fe(CN)6↓，然后过滤出沉淀，洗涤后加入H2SO4和NaClO3进行氧化步骤，反应原理为6Fe(NH4)2Fe(CN)6＋ClOeq \\al(－,3)＋6H＋===6Fe(NH4)Fe(CN)6＋3H2O＋Cl－＋6NHeq \\al(＋,4)，过滤、洗涤干燥即制得Fe(NH4)Fe(CN)6。(6)还原工序所得的滤液中主要含有FeSO4溶液和H2SO4，向滤液中先加入一定量的H2O2溶液将Fe2＋完全氧化为Fe3＋，再向氧化后的溶液中加入氨水至不再产生沉淀为止，过滤洗涤，对沉淀进行灼烧，即可制得Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4，故所需要加入的试剂为H2O2和NH3·H2O。
答案：(1)Fe2O3和SiO2 SiO2
(2)增大固液接触面积，加快反应速率，提高黄铁矿的利用率
(3)7Fe2(SO4)3＋FeS2＋8H2O===15FeSO4＋8H2SO4
(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤 (5)＋2
6Fe(NH4)2Fe(CN)6＋ClOeq \\al(－,3)＋6H＋===6Fe(NH4)Fe(CN)6＋3H2O＋Cl－＋6NHeq \\al(＋,4) (6)H2O2 NH3·H2O
物
质
Mn(OH)2
C(OH)2
Ni(OH)2
Fe(OH)3
MnS
NiS
CS
Ksp
2.1×
10－13
3.0×
10－16
5.0×
10－16
1.1×
10－36
2.5×
10－13
1.07×
10－21
4.0×
10－21
pH
4～6
6～8
8～10
10～12
主要离子
VOeq \\al(＋,2)
VOeq \\al(－,3)
V2Oeq \\al(4－,7)
VOeq \\al(3－,4)
金属离子
pH
开始沉淀
完全沉淀
Zn2＋
6.2
8.2
Fe3＋
1.5
3.2