全国版2021高考化学一轮复习课时作业35无机化学的综合应用__化学工艺流程题含解析

课时作业(三十五)无机化学的综合应用——化学工艺流程题

1．(2018·全国卷Ⅲ，27)KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：

(1)KIO3的化学名称是________。

(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：

 “酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是________。“滤液”

中的溶质主要是__________。“调pH”中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________

______________________________。

(3)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式________________________________________________________________________。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。

③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有

________________________________________________________________________(写出一点)。

解析　(1)KIO3的化学名称为碘酸钾。

(2)Cl2的溶解度随温度的升高而降低，所以可以用加热的方法来达到“逐Cl2”的目的；KH(IO3)2和KCl的分离可以根据溶解度的不同，采用结晶法分离，滤液中的溶质主要是KCl，要使KH(IO3)2转化为KIO3，可以加入KOH调节pH。发生反应：KH(IO3)2＋KOH===2KIO3＋H2O或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O，从而避免引入新的杂质离子。

(3)①电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②电解过程中阳极反应为I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O。阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。③“KClO3氧化法”的主要不足之处是产生Cl2，易污染环境。

答案　(1)碘酸钾　(2)加热　KCl　KH(IO3)2＋KOH===2KIO3＋H2O或(HIO3＋KOH===KIO3＋H2O)

(3)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　②K＋　由a到b　③产生Cl2易污染环境等

2．(2018·江苏卷，16)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下图所示。

已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃

硫去除率＝1－×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∶16

3．(2019·河南郑州模拟) CoCO3可用作选矿剂、催化剂及伪装涂料的颜料。以含钴废渣(主要成分CoO、Co2O3，还含有Al2O3、ZnO等杂质) 为原料制备CoCO3的一种工艺流程如下：

下表是相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH 按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)：

(1)写出“酸溶”时发生氧化还原反应的化学方程式__________________________________。

(2)“除铝”过程中需要调节溶液pH的范围为________，形成沉渣时发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________。

(3)在实验室里，萃取操作用到的玻璃仪器主要有____________；上述“萃取”过程可表示为ZnSO4(水层)＋2HX(有机层)ZnX2(有机层)＋H2SO4(水层)，由有机层获取ZnSO4溶液的操作是________________________________________。

(4)“沉钴”时，Na2CO3溶液滴加过快会导致产品不纯，请解释原因________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)在空气中煅烧CoCO3生成钴氧化物和CO2，测得充分煅烧后固体质量为2.41 g，CO2的体积为0.672 L(标准状况)，则该钴氧化物的化学式为________。

解析　(1)“酸溶”时加入H2SO4和SO2，由于SO2具有还原性，SO2将钴废渣中＋3价的Co还原为＋2价，“酸溶”时发生的非氧化还原反应为：CoO＋H2SO4===CoSO4＋H2O、Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O、ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O，发生的氧化还原反应为Co2O3＋SO2＋H2SO4===2CoSO4＋H2O。(2)“除铝”过程中Al3＋完全沉淀，其它金属阳离子不形成沉淀，根据Co2＋、Al3＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全的pH，“除铝”过程中需要调节溶液pH的范围为5.0～5.4。形成沉渣时加入的是Na2CO3，发生的是Al3＋与CO的双水解反应，形成沉渣时反应的离子方程式为2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑。(3)在实验室里，萃取操作用到的玻璃仪器主要有分液漏斗、烧杯。由有机层获得ZnSO4溶液，要使平衡ZnSO4(水层)＋2HX(有机层)ZnX2(有机层)＋H2SO4(水层)逆向移动，所以要向有机层中加入硫酸然后分液，由有机层获得ZnSO4溶液的操作是：向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分离出水层。(4)“沉钴”时是向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液产生CoCO3沉淀，由于Na2CO3溶液呈碱性，若Na2CO3溶液滴加过快会导致局部碱性过强而产生Co(OH)2沉淀，导致产品CoCO3中混有Co(OH)2。

答案　(1) Co2O3＋SO2＋H2SO4===2CoSO4＋H2O

(2)5.0～5.4　2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑　(3)分液漏斗，烧杯　向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分离出水层　(4)Na2CO3溶液滴加过快，会导致局部碱性过强而产生Co(OH)2　(5)Co3O4

4．(2018·哈尔滨三中二模) 某含铬污泥主要含Cr2O3、Al2O3、Fe2O3等物质，该污泥可以用湿法回收利用，流程如下图所示：

已知：室温下部分氢氧化物的Ksp见下表

(1)酸浸前，对含铬污泥进行预处理即加水湿磨成浆体，湿磨的作用是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)向滤液Ⅰ加KMnO4氧化Cr3＋的离子方程式是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

将Cr3＋氧化的目的是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)室温下，调pH＝10时，＝________；调溶液pH不能大于10，理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)NaHSO3在反应中的作用是________________；理论上n(NaHSO3)∶n[CrOH(H2O)5SO4]之比是______。

(5)NaHSO3固体在空气中易变质，写出检验NaHSO3是否变质的方法________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析　(1)酸浸前，对含铬污泥进行预处理即加水湿磨成浆体，湿磨可以增大接触面积，加快反应速率，增加酸浸时金属元素浸出率；(2)KMnO4氧化Cr3＋的离子方程式为10Cr3＋＋6MnO＋11H2O===6Mn2＋＋5Cr2O＋22H＋；根据氢氧化物的Ksp，将Cr3＋氧化可以防止调pH＝10时，Cr3＋生成Cr(OH)3沉淀使铬回收率下降；(3)室温下，调pH＝10时，＝＝＝＝7.5×103；为了防止碱性过强Al(OH)3沉淀溶解生成AlO，无法分离，溶液pH不能大于10；(4)加入NaHSO3可以将溶液的Cr2O还原为Cr3＋；根据得失电子守恒，理论上n(NaHSO3)×(6－4)＝n[CrOH(H2O)5SO4]×(6－3)，解得n(NaHSO3)∶n[CrOH(H2O)5SO4]＝3∶2；(5)NaHSO3固体在空气中易被空气氧化为硫酸氢钠而变质，检验NaHSO3是否变质只需要检验硫酸根离子即可，方法为取少量NaHSO3固体加适量水溶解，先加稀盐酸再加BaCl2溶液，若有白色沉淀生成，则NaHSO3已变质；若无白色沉淀则未变质。

答案　(1)增大接触面积，加快反应速率，增加酸浸时金属元素浸出率　(2)10Cr3＋＋6MnO＋11H2O===6Mn2＋＋5Cr2O＋22H＋　防止调pH＝10时，Cr3＋生成Cr(OH)3沉淀使铬回收率下降　(3)7.5×103　防止碱性过强Al(OH)3沉淀溶解生成AlO，无法分离　(4)还原剂　3∶2　(5)取少量NaHSO3固体加适量水溶解，先加稀盐酸再加BaCl2溶液，若有白色沉淀生成，则NaHSO3已变质；若无白色沉淀则未变质

5．(2018·东北三校二模)以工业制立德粉后的铅锌废渣(主要成分为ZnO和PbSO4，杂质含Si、Fe、Cu、Cd等元素)为原料，可以制活性氧化锌和黄色颜料铅铬黄，工业流程如图所示：

已知：Ksp(PbSO4)＝1.6×10－8，Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14

(1)“碱浸”过程中PbSO4发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

气体A的化学式为____________。

(2)“酸浸”过程中pH不宜过低，若pH过低，可能出现的问题是________________________________________________________________________

__________________。

(3)“沉降Ⅰ”过程中发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)滤液D中溶质的主要成分为__________，为制得较为纯净的ZnO，“煅烧”之前应该进行的操作Ⅰ是__________________。

(5)以1t含锌元素10%的铅锌废渣为原料，制得活性氧化锌113.4 kg，依据以上数据________(填“能”或“不能”)计算出锌元素的回收率。若能，写出计算结果，若不能，请说明理由________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析　(1)已知Ksp(PbSO4)＝1.6×10－8>Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14。所以 “碱浸”过程中PbSO4发生反应的离子方程式为 PbSO4 (s)＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)，固体A为PbCO3(s)，酸浸后产生的气体为CO2, A 的化学式为CO2。(2)“酸浸”过程中pH不宜过低，若pH过低，酸性强，使Fe与酸反应生成有关铁的化合物，进入到滤液C中，再加碱进行沉降时，会出现Fe(OH)3沉淀，影响PbCrO4纯度。（3）由知“沉降1”过程中发生反应的离子方程式为：2Pb2＋＋2OH－＋Cr2O===2PbCrO4↓＋H2O。4由图知滤液B中含有的离子为Zn2＋、NH、CO ，加H2SO4调节溶液的PH＝6～6.5出现Zn2OH2CO3沉淀，滤液为NH42SO4，所以滤液D中溶质的主要成分为NH42SO4。为制得较为纯净的ZnO，“煅烧”之前应该对固体进行洗涤干燥处理。5根据图知不能，因为在除去铜、镉的过程中添加了锌粉，最终ZnO中的锌元素不完全来自于铅锌废渣，无法计算铅锌废渣中锌元素的回收率。

答案　1 PbSO4 s＋COaqPbCO3s＋SOaq　CO2　2铁元素以离子形式进入到滤液C中，影响PbCrO4纯度　32Pb2＋＋2OH－＋Cr2O===2PbCrO4↓＋H2O　4NH42SO4　洗涤、干燥　5不能　除去铜、镉的过程中添加了锌粉，最终ZnO中的锌元素不完全来自于铅锌废渣，无法计算铅锌废渣中锌元素的回收率

6.2019·福建百校模拟以含钴废催化剂主要成分为Co、Fe、SiO2为原料制取复合氧化钴的流程如下：

 (1)用H2SO4溶解后过滤，得到的滤渣是__________(填化学式)。将滤渣洗涤2～3次，再将洗液与滤液合并的目的是____________________。

(2)在加热搅拌条件下加入NaClO3，将Fe2＋氧化成Fe3＋，反应的离子方程式是__________________________________。

(3)已知：铁氰化钾的化学式为K3[Fe(CN)6]；亚铁氰化钾的化学式为K4[Fe(CN)6]。

3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色沉淀)

4Fe3＋＋3[Fe(CN)6]4－===Fe4[Fe(CN)6]3↓(蓝色沉淀)

确定Fe2＋是否氧化完全的方法是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________。(仅供选择的试剂：铁氰化钾溶液、亚铁氰化钾溶液铁粉、KSCN溶液)

(4)向氧化后的溶液中加入适量的Na2CO3调节酸度，使之生成黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀，写出该反应的离子方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)弱酸和弱碱的电离平衡常数的负对数可用pK表示，根据下表中数据判断(NH4)2C2O4溶液中各离子的浓度由大到小的顺序为________________________________________________________________________。

(6)已知CoCl2的溶解度曲线如图所示。向碱式碳酸钴中加入足量稀盐酸边加热边搅拌至完全溶解后，需趁热过滤其原因是________________________________________________________________________。

(7)准确称取1.470 g CoC2O4，在空气中充分灼烧得0.814 g复合氧化钴，写出复合氧化钴的化学式：________________________________________________________________________。

解析　(1)钴废催化剂加入稀硫酸，发生Co＋H2SO4===CoSO4＋H2↑，Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，过滤滤渣是不溶的二氧化硅，洗液与滤液合并，提高洗涤和滤液中钴的利用率；(2)亚铁离子被氯酸根离子氧化成铁离子，1 mol的亚铁离子失去1 mol的电子，而1 mol的氯酸根离子得到6 mol的电子，根据电子得失守恒，可知离子方程式为：6Fe2＋＋6H＋＋ClO6Fe3＋＋Cl－＋3H2O，(3)取氧化后的溶液少许于试管中，滴加几滴铁氰化钾溶液，若无蓝色沉淀生成，则Fe2＋已全部被氧化；(4)生成硫酸铁与碳酸钠发生双水解得到黄钠铁矾，离子方程式为：6Fe3＋＋4SO＋6H2O＋2Na＋＋6CO===Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋6CO2↑。(5)根据pK的大小关系，可以判断出电离常数的大小关系为Ka1>Ka2>Kb，所以对应离子的水解程度大小为NH>C2O>HC2O，水解程度越大溶液中剩余离子浓度就越小，所以溶液中的离子浓度大小顺序为：c(NH)>c(C2O)>c(H＋)>c(HC2O)>c(OH－)。(6)由CoCl2的溶解度曲线可知，随温度的升高，CoCl2的溶解度增大，所以趁热过滤，防止温度降低氯化钴析出；(7)CoC2O4的质量为1.470 g，其物质的量为0.01 mol，Co元素质量为0.59 g，钴氧化物质量为0.814 g，氧化物中氧元素质量为0.814 g－0.59 g＝0.224 g，则氧化物中Co原子与O原子物质的量之比为0.01 mol∶  mol≈5∶7，故Co氧化物为Co5O7。

答案　(1)SiO2　提高钴元素的利用率　(2)6Fe2＋＋6H＋＋ClO6Fe3＋＋Cl－＋3H2O　(3)取少许氧化后的溶液于试管中滴加几滴铁氰化钾溶液，若无蓝色沉淀生成，则说明Fe2＋已全部被氧化　(4)6Fe3＋＋4SO＋6H2O＋2Na＋＋6CO===Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋6CO2↑　(5)c(NH)>c(C2O)>c(H＋)>c(HC2O)>c(OH－)　(6)防止因温度降低，CoCl2晶体析出　(7)Co5O7

7．(2017·全国卷Ⅲ，27)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：

回答下列问题：

(1)步骤①的主要反应为：

FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2

上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是________________________________________________________________________

____________。

(2)滤渣1中含量最多的金属元素是________，滤渣2的主要成分是________及含硅杂质。

(3)步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”)，原因是________________________________________________________________________

(用离子方程式表示)。

(4)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________(填标号)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____________。

(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为________________________________________________________________________。

解析　(1)由题中反应可知，FeO·Cr2O3是还原剂，Fe元素化合价由＋2升高到＋3，Cr元素化合价由＋3升高到＋6,1 mol FeO·Cr2O3失去7 mol电子；NaNO3是氧化剂，N元素化合价由＋5降低到＋3,1 mol NaNO3得到2 mol电子。根据电子守恒可得，FeO·Cr2O3和NaNO3的系数比为2∶7。步骤①不能使用陶瓷容器的原因是陶瓷在高温下会与Na2CO3反应。(2)熔块中Fe2O3不溶于水，过滤后进入滤渣1，则滤渣1中含量最多的金属元素是铁。滤液1中含有AlO、SiO及CrO，调节溶液pH＝7，则SiO转化为H2SiO3、AlO转化为Al(OH)3，故滤渣2为Al(OH)3及含硅杂质。(3)由流程图可知，滤液2通过调节pH使CrO转化为Cr2O，根据离子方程式2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O可知，增大H＋浓度，即pH变小，可以使上述平衡右移，有利于提高溶液中的Cr2O浓度。(4)由图像可知，在10℃左右时得到的K2Cr2O7固体最多。发生反应为2KCl＋Na2Cr2O7===K2Cr2O7＋2NaCl，该反应为复分解反应。(5)根据铬元素守恒可得：Cr2O3～K2Cr2O7，理论上m1 kg铬铁矿粉可制得K2Cr2O7的质量：×294 g·mol－1，则K2Cr2O7的产率为×100%＝×100%。

答案　(1)2∶7　陶瓷在高温下会与Na2CO3反应

(2)Fe　Al(OH)3

(3)小　2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O

(4)d　复分解反应　(5)×100%