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2021届+高三+化学+高考二轮复习+专题七 化工工艺流程
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这是一份2021届+高三+化学+高考二轮复习+专题七 化工工艺流程，共13页。试卷主要包含了化工工艺流程等内容，欢迎下载使用。
专题七 化工工艺流程
(建议用时：40分钟)
1．2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰，表彰他们对锂离子电池研究的贡献。磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片(除LiFePO4外，还含有Al箔、少量不溶于酸碱的导电剂)中的资源，部分流程如图：
（1）从“正极片”可以回收的金属有___________________。
（2）“碱溶”时Al箔溶解的离子方程式____________________________。
（3）“酸浸”时产生标准状况下2.24L NO时，则被氧化的LiFePO4为_________mol(其他杂质不与HNO3反应)。
（4）磷酸亚铁锂电池中铁的含量可通过如下方法测定：称取1.00g试样用盐酸溶解，在溶液中加入稍过量的SnCl2溶液，再加入HgCl2饱和溶液，用二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.030 mol·L-1重铬酸钾溶液滴定至溶液由浅绿色变为蓝紫色，消耗重铬酸钾溶液20.00mL。
已知：2Fe3+＋Sn2+＋6Cl－=SnCl＋2Fe2+
4Cl－＋Sn2+＋2HgCl2=SnCl＋Hg2Cl2
6Fe2+＋Cr2O＋14H+=6Fe3+＋2Cr3+＋7H2O
①实验中加入HgCl2饱和溶液的目的是_________________________。
②磷酸亚铁锂电池中铁的含量为_______________。
解析：【分析】由题给流程图可知，正极片经碱溶，铝与碱溶液反应生成偏铝酸根和氢气，过滤得到含有偏铝酸根的滤液和含有磷酸亚铁锂的滤渣，向滤渣中加入硫酸、硝酸，磷酸亚铁锂与混酸反应转化为磷酸、铁离子和锂离子，过滤得到含有不溶于酸碱的导电剂等滤渣和含有磷酸、铁离子和锂离子的滤液，向滤液加入碱液调节溶液pH，磷酸反应生成磷酸根，磷酸根与铁离子反应生成磷酸铁沉淀，过滤后，向滤液加入饱和碳酸钠溶液，碳酸钠将锂离子转化为生成碳酸锂沉淀，过滤、热水洗涤得到碳酸锂。
【详解】（1）从“正极片”可以得到偏铝酸盐溶液、磷酸铁和碳酸锂，则可以回收的金属为铝、铁、锂，故答案为：Li、Fe、Al；
（2）碱溶时，铝与碱溶液反应生成偏铝酸根和氢气，反应的离子方程式为2Al+2OH- +2H2O=2AlO+3H2↑，故答案为：2Al+2OH- +2H2O=2AlO+3H2↑；
（3）由分析可知磷酸亚铁锂与混酸反应时，亚铁离子被氧化生成铁离子，硝酸被还原为一氧化氮，标准状况下，2.24L一氧化氮的物质的量为0.1mol，由得失电子数目守恒可知，被氧化的磷酸亚铁锂的物质的量为0.1mol×3=0.3mol，故答案为：0.3；
（4）①由题意可知，Sn2+离子的还原性强于Fe2+离子，能与重铬酸钾溶液反应，干扰Fe2+离子定量测定，则实验中加入氯化汞饱和溶液将溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络离子SnCl，防止其影响Fe2+的测量，故答案为：将溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络离子SnCl，防止其影响Fe2+的测量；
②由题给方程式可得如下转化关系：6LiFePO4—6Fe2+—Cr2O，Cr2O离子的物质的量为0.030 mol·L-1×0.02L=6×10—4mol，则磷酸亚铁锂电池中铁的含量为×100%=20.16%，故答案为：20.16%。
答案：（1）Li、Fe、Al （2）2Al+2OH- +2H2O=2AlO+3H2↑ （3）0.3 （4）将溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络离子SnCl，防止其影响Fe2+的测量 20.16%
2．(2020·湖北华师一附中等八校联考)下图是某工业生产过程，请回答下列问题。
溶解度表(单位：g/100 g水)：
温度/℃
0
10
20
30
40
60
80
90
100
氯化铵
29.4
33.3
37.2
41.4
45.8
55.2
65.6
71.3
77.3
硫酸铵
70.6
73
75.4
78
81
88
95
98
103
硫酸钾
7.4
9.3
11.1
13
14.8
18.2
21.4
22.9
24.1
氯化钾
28
31.2
34.2
37.2
40.1
45.8
51.3
53.9
56.3
(1)该工业生产过程的目标产品是__________________(填化学式)。
(2)过滤Ⅰ操作所得固体中，除CaCO3 外还有一种物质，该物质的用途有_____________________________________________________________________(试举一例)。
(3)根据溶解度表，转化Ⅱ中适宜的温度是________。
A．0～10 ℃ B．20～30 ℃
C．40～60 ℃ D．90～100 ℃
过滤Ⅱ操作所得滤渣是________。
(4)我国著名的化学家也利用了转化Ⅱ的反应原理制备了一种重要的碱，该制备过程的化学方程式为__________________________________________________________________。
(5)氯化钙结晶水合物(CaCl2·6H2O)进行脱水处理可制得常用的干燥剂，根据如图选择的最佳脱水方法是________。
A．氯化氢气流中加热到174 ℃
B．直接加热至174 ℃
C．直接加热至260 ℃
D．氯化氢气流中加热到260 ℃
(6)上述工业流程实现了绿色化学的理念，其中________________(填化学式)实现了循环利用，副产品________(填化学式)可转化为原料，整个流程基本实现了污染物零排放。
解析： (1)根据流程图可知，本工业生产过程的目标产品是CaCl2·6H2O。
(2)CaSO4 是一种微溶于水的物质，故另一种固体物质应为CaSO4，其用途有做石膏模型、加入水泥中调节水泥的硬化速率、做建筑材料等。
(3)转化Ⅱ发生反应：(NH4)2SO4＋2KCl===K2SO4↓＋2NH4Cl，根据表中数据可知，90～100 ℃时，硫酸铵、氯化钾、氯化铵的溶解度相对而言比硫酸钾大得多，溶液中容易析出硫酸钾晶体，故D正确；过滤Ⅱ操作所得滤渣是K2SO4(或K2SO4 和KCl)。
(4)我国著名化学家侯德榜利用了转化Ⅱ的反应原理制备了NaHCO3，该制备过程是在饱和食盐水中先通入足量的氨，再通入足量的二氧化碳产生碳酸氢钠沉淀，化学方程式为NH3＋H2O＋NaCl＋CO2===NH4Cl＋NaHCO3↓。
(5)无水氯化钙可用作干燥剂，2.19 g CaCl2·6H2O的物质的量为0.01 mol，而0.01 mol无水氯化钙的质量为1.11 g，故最佳脱水的方法是直接加热至260 ℃。
(6)蒸氨过程中NH3 可循环利用，副产品CaCO3 可转化为原料氧化钙和二氧化碳。
答案：(1)CaCl2·6H2O
(2)做石膏模型(或加入水泥中调节水泥的硬化速率或做建筑材料)
(3)D K2SO4(或K2SO4 和KCl)
(4)NH3＋H2O＋NaCl＋CO2===NH4Cl＋NaHCO3↓
(5)C (6)NH3 CaCO3
3．铅的单质、氧化物、盐在现代工业中有着重要用途。
(1)铅能形成多种氧化物，如碱性氧化物PbO、酸性氧化物PbO2、类似Fe3O4 的Pb3O4，向盛有PbO2 的圆底烧瓶中滴加浓盐酸，产生黄绿色气体，其反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4 及炭黑等)和H2SO4 为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：
过程1中分离提纯的方法是________，滤液2中的溶质主要是________(填物质的名称)。过程1中，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2 反应生成PbSO4 的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4 的电解液，电解Na2PbCl4 溶液生成Pb的装置如图所示。
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__________。
③电解过程中，Na2PbCl4 电解液浓度不断减小，为了恢复其浓度，应该向________极室(填“阴”或“阳”)加入__________(填化学式)。
解析：(1)向盛有PbO2 的圆底烧瓶中滴加浓盐酸，产生黄绿色气体，则该气体为氯气，根据氧化还原反应的规律及元素守恒可知，产物还有PbCl2 和水，其化学方程式为PbO2＋4HCl(浓)===PbCl2＋Cl2↑＋2H2O。
(2)过程1中得到了滤液和不溶物PbSO4，则过程1的操作方法为过滤；PbSO4 与氢氧化钠反应生成物除了PbO以外，还应有硫酸钠，则滤液2中的溶质主要是硫酸钠，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2 在稀硫酸作用下发生归中反应生成PbSO4 的化学方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
(3)①电解时阴极上PbCl得电子生成Pb，其电极反应式为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－。
②电解过程中，惰性电极a(阳极)上水失电子发生氧化反应，其电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，为平衡电荷，生成的H＋会通过阳离子交换膜移向阴极。
③电解过程中，阴极的电极反应为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－，则可在阴极补充PbO生成PbCl，使Na2PbCl4 电解液浓度恢复。
答案：(1)PbO2＋4HCl(浓)===PbCl2＋Cl2↑＋2H2O
(2)过滤 硫酸钠 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
(3)①PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－ ②H＋ ③阴 PbO
4．最新研究表明As2O3在医药领域有重要应用。某小组从工业废料中提取As2O3，设计流程如下：
已知：H3AsO3为弱酸，热稳定性差。
(1)写出一条“碱浸”时提高浸取率的方法：________________________；“碱浸”中H3AsO3转化成Na3AsO3的离子方程式为__________________________________________。
(2)“氧化”时向混合液中通入O2时对体系加压，目的是____________________________________________________________________________。
(3)“沉砷”过程中有如下反应：
①Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq) ΔH＜0
②5Ca2＋(aq)＋OH－(aq)＋3AsO(aq)
Ca5(OH)(AsO4)3(s) ΔH＞0
沉砷率与温度关系如图。沉砷最佳温度为____________，高于85 ℃时，沉砷率下降的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)“还原”过程中获得H3AsO3的化学方程式为______________________________
________________________________________________________________________；
“操作A”为______________、过滤；滤液Ⅱ的主要溶质是________。
(5)若每步均完全反应，“氧化”和“还原”时消耗相同条件下O2和SO2的体积分别为x L、y L，则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)＝________(写出含x、y的计算式)。
解析：工业废料(含H3AsO3、H3AsO4)加入氢氧化钠溶液“碱浸”，与氢氧化钠反应生成Na3AsO3、Na3AsO4溶液，通入氧气，将Na3AsO3氧化为Na3AsO4，向溶液中加入石灰乳，得到Ca5(OH)(AsO4)3沉淀，将 Ca5(OH)(AsO4)3用硫酸酸化得到H3AsO4，通入二氧化硫与H3AsO4溶液混合：H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4，还原后加热溶液，H3AsO3分解为As2O3，据此分析解答。
(1)反应物接触时间越长，反应越充分，所以“碱浸”时可采用搅拌或多次浸取使其充分反应，提高原料浸取率；H3AsO3与氢氧化钠溶液发生酸碱中和反应，离子方程式为H3AsO3＋3OH－===AsO＋3H2O。
(2)“氧化”时向混合液中通入O2时对体系加压，可以增大O2的溶解度，加快反应速率。
(3)“沉砷”是将砷元素转化为Ca5(OH)(AsO4)3沉淀，发生的主要反应有①Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq) ΔH<0、②5Ca2＋(aq)＋OH－(aq)＋3AsO(aq)Ca5(OH)(AsO4)3(s) ΔH>0，高于85 ℃，随着温度升高，反应①中 c(Ca2＋)、c(OH－)减小，温度对平衡移动的影响反应①大于反应②，使反应②中平衡逆向移动，沉砷率下降。
(4)“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3，自身被氧化生成硫酸，化学方程式为H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4；还原后加热溶液，H3AsO3分解为As2O3，所以“操作A”为加热、过滤；由化学方程式可知，滤液 Ⅱ 的主要溶质是H2SO4。
(5)“氧化”过程中将Na3AsO3氧化为Na3AsO4，关系式为2H3AsO3～2Na3AsO3～O2；“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3，关系式为H3AsO4～SO2；已知消耗相同条件下O2和SO2的体积分别为x L、y L，体积比等于物质的量之比，即n(O2)∶n(SO2)＝x∶y，由关系式可知，n(H3AsO3)＝2n(O2)＝2x，则废水中原有的 n(H3AsO4)＝y－2x，则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)＝2x∶(y－2x)。
答案：(1)搅拌(或多次浸取或其他合理答案) H3AsO3＋3OH－===AsO＋3H2O (2)增大O2的溶解度，加快反应速率 (3)85 ℃ 随着温度升高，反应①中c(Ca2＋)、c(OH－)减小，温度对平衡移动的影响反应①大于反应②，使反应②中平衡逆向移动，沉砷率下降
(4)H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4 加热 H2SO4 (5)2x∶(y－2x)
5．硼氢化钠(NaBH4)广泛用于化工生产，常温下能与水反应，易溶于异丙胺(沸点为33 ℃)。工业上可用硼镁矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O，含少量杂质Fe3O4)制取NaBH4，其工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)NaBH4的电子式为________。
(2)“碱溶”时Mg2B2O5发生反应的化学方程式是______________________________
________________________________________________________________________。
(3)滤渣的成分是________。
(4)高温合成中，加料之前需将反应器加热至100 ℃以上并通入氩气，该操作的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
原料中的金属钠通常保存在________中，实验室取用少量金属钠用到的实验用品有________、________、玻璃片和小刀。
(5)操作2的名称为________。流程中可循环利用的物质是________。
(6)在碱性条件下，用惰性电极电解NaBO2溶液也可制得NaBH4，装置如图所示，电解总反应的离子方程式为______________________________________________________。
(7)NaBH4常用作还原剂，H2也是常见的还原剂。与相同氧化剂反应时，1 g NaBH4的还原能力相当于________g H2的还原能力(B元素化合价不变，氧化产物中氢元素化合价相同，计算结果保留两位小数)。
解析：(1)NaBH4的电子式为。(2)由流程图可知，“碱溶”时Mg2B2O5与NaOH反应转化为NaBO2，发生反应的化学方程式是Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O===2NaBO2＋2Mg(OH)2。(3)硼镁矿中Fe3O4不溶于浓NaOH溶液，以滤渣的形式析出，另外，“碱溶”时生成的Mg(OH)2也以滤渣的形式析出，所以滤渣的成分为Mg(OH)2和Fe3O4。(4)Na的性质活泼，能与水和空气中的氧气反应，结合题干中硼氢化钠在常温下能与水反应，所以加料之前须先排除水蒸气和空气(或氧气)的干扰。(5)NaBH4易溶于异丙胺且异丙胺的沸点较低，结合流程图可知，操作2是蒸馏NaBH4的异丙胺溶液，回收异丙胺，异丙胺可循环利用。(6)由“在碱性条件下，用惰性电极电解NaBO2溶液也可制得NaBH4”可知，电解总反应的离子方程式为BO＋2H2OBH＋2O2↑。(7)NaBH4和氢气做还原剂时氧化产物中氢元素都为＋1价，则1 g NaBH4的还原能力相当于0.21 g H2的还原能力。
答案：(1)
(2)Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O===2NaBO2＋2Mg(OH)2
(3)Fe3O4和Mg(OH)2
(4)除去反应器中的水蒸气和空气 煤油 镊子 滤纸
(5)蒸馏 异丙胺
(6)BO＋2H2OBH＋2O2↑
(7)0.21
6．锌是一种常用金属，工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等)湿法制取金属锌的流程如图所示，回答下列问题。
已知：Fe的活泼性强于Ni。
(1)ZnFe2O4可写成ZnO·Fe2O3，则ZnFe2O4与H2SO4反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)“净化Ⅰ”操作分为两步：
①将溶液中少量的Fe2＋氧化，下列试剂中可选用的是____________(填字母)。
A．新制氯水 B．30%H2O2溶液
C．FeCl3溶液 D．KMnO4溶液
②加入ZnO，调节溶液pH为3.3～6.7，加热到60 ℃左右并不断搅拌，加热搅拌的主要目的是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)“净化Ⅰ”生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是____________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)“净化Ⅱ”中加入过量Zn的目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据ZnFe2O4可写成ZnO·Fe2O3可知，ZnFe2O4与硫酸反应的化学方程式为ZnFe2O4＋4H2SO4===ZnSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O。(2)①将溶液中少量的Fe2＋氧化，应选用氧化性较强且不会引入新杂质的物质，新制氯水的还原产物为氯离子，会引入新的杂质，氯化铁无法将Fe2＋氧化，且会引入新的杂质，KMnO4的还原产物为二价锰离子，会引入新的杂质，因此应选用过氧化氢。②加热搅拌的目的是促进Fe3＋水解转化为Fe(OH)3沉淀，并使过量的过氧化氢分解除去。(3)因为Fe(OH)3胶体具有吸附性，故“净化Ⅰ”生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质。(4)结合流程图可知，“净化Ⅱ”中加入过量Zn的目的是使Cu2＋、Ni2＋转化为Cu、Ni而除去。
答案：(1)ZnFe2O4＋4H2SO4===ZnSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O (2)①B ②促进Fe3＋水解转化为Fe(OH)3沉淀，并使过量的过氧化氢分解除去
(3)氢氧化铁胶体具有吸附性
(4)使Cu2＋、Ni2＋转化为Cu、Ni而除去
7．氯化钴是治疗障碍性贫血药物的主要成分之一。下面是从海绵钴(含有少量Fe、Ni)中制备氯化钴晶体的工艺流程：
已知：①Co、Ni溶于盐酸均生成+2价金属阳离子；②Ni2+溶于氨水生成[Ni(NH3)6]2+离子。
回答下列问题：
(1)为提高海绵钴的溶浸率，可以采用的措施有_________(写出一条即可)。
(2)写出“除Ni”时发生的离子反应方程式：__________。
(3)研究发现，“除Ni”步骤中，NH3·H2O用量对反应收率的影响有如下关系：
加入氨水，调节pH
收率/%
Ni2+含量/%
9
98.1
0.08
9.5
98
0.05
10
97.6
0.005
10.3
94
0.005
“除Ni”时，pH=_________时，效果最好。
(4)“沉铁”步骤中，加入H2O2时发生的离子反应为________；加入CoO的目的是_________。
(5)已知25℃时，若Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10-38，离子浓度小于或等于1.0×10-5 mol/L时表示完全沉淀，则该温度下Fe3+完全沉淀时pH＝______。
(6)操作a的实验步骤为________。
(7)将CoCl2·6H2O晶体在HCl氛围下加热，所得样品的固体残留率(×100%)随温度的变化如下图所示。
则当固体残留率为62.18%时，所得固体的化学式为_______。
解析：【分析】海绵钴(含有少量Fe、Ni)中加酸溶解，生成CoCl2、NiCl2、FeCl2；加入氨水后，Ni2+转化为[Ni(NH3)6]2+，Co2+、Fe2+分别转化为Co(OH)2、Fe(OH)2沉淀；加入盐酸后溶解，重新生成CoCl2、FeCl2；加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，再加入CoO与H+反应，促进Fe3+水解反应的进行，Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀；加盐酸调节pH，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，从而获得CoCl2·6H2O。
【详解】(1)为提高海绵钴的溶浸率，可通过升高温度、增大浓度、增大接触面积等措施，所以采用的措施有将海绵钴粉碎，适当增加盐酸浓度，适当升高酸溶温度，搅拌等。答案为：将海绵钴粉碎，适当增加盐酸浓度，适当升高酸溶温度，搅拌等；
(2)“除Ni”时，加入氨水，Ni2+转化为[Ni(NH3)6]2+，发生的离子反应方程式：Ni2++6NH3·H2O==[Ni(NH3)6]2++6H2O。答案为：Ni2++6NH3·H2O==[Ni(NH3)6]2++6H2O；
(3) “除Ni”时，从表中数据可以看出，pH=10时，效果最好。答案为：10；
(4)“沉铁”步骤中，加入H2O2时，Fe2+被氧化为Fe3+，发生的离子反应为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O；加入CoO的目的，与H+反应，促进Fe3+水解，所以是调节溶液的pH，使铁离子形成沉淀而除去。答案为：2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O；调节溶液的pH，使铁离子形成沉淀而除去；
(5)已知25℃时，若Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10-38，离子浓度小于或等于1.0×10-5 mol/L时表示完全沉淀，则该温度下Fe3+完全沉淀时，c(OH-)=mol/L=1.0×10-11mol/L，pH＝3。答案为：3；
(6)由以上分析可知，操作a的实验步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；
(7)设CoCl2·6H2O晶体的物质的量为1mol，则其质量为238g，当固体残留率为62.18%时，剩余固体的质量为238g×62.18%=148g，而CoCl2的相对分子质量为130g，则剩余固体仍为无水盐，结晶水的物质的量为=1mol，即剩余固体中仍含有1个结晶水，所得固体的化学式为CoCl2·H2O。答案为：CoCl2·H2O。
答案：将海绵钴粉碎，适当增加盐酸浓度，适当升高酸溶温度，搅拌等 Ni2++6NH3·H2O==[Ni(NH3)6]2++6H2O 10 2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O 调节溶液的pH，使铁离子形成沉淀而除去 3 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 CoCl2·H2O
专题七 化工工艺流程
(建议用时：40分钟)
1．2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰，表彰他们对锂离子电池研究的贡献。磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片(除LiFePO4外，还含有Al箔、少量不溶于酸碱的导电剂)中的资源，部分流程如图：
（1）从“正极片”可以回收的金属有___________________。
（2）“碱溶”时Al箔溶解的离子方程式____________________________。
（3）“酸浸”时产生标准状况下2.24L NO时，则被氧化的LiFePO4为_________mol(其他杂质不与HNO3反应)。
（4）磷酸亚铁锂电池中铁的含量可通过如下方法测定：称取1.00g试样用盐酸溶解，在溶液中加入稍过量的SnCl2溶液，再加入HgCl2饱和溶液，用二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.030 mol·L-1重铬酸钾溶液滴定至溶液由浅绿色变为蓝紫色，消耗重铬酸钾溶液20.00mL。
已知：2Fe3+＋Sn2+＋6Cl－=SnCl＋2Fe2+
4Cl－＋Sn2+＋2HgCl2=SnCl＋Hg2Cl2
6Fe2+＋Cr2O＋14H+=6Fe3+＋2Cr3+＋7H2O
①实验中加入HgCl2饱和溶液的目的是_________________________。
②磷酸亚铁锂电池中铁的含量为_______________。
解析：【分析】由题给流程图可知，正极片经碱溶，铝与碱溶液反应生成偏铝酸根和氢气，过滤得到含有偏铝酸根的滤液和含有磷酸亚铁锂的滤渣，向滤渣中加入硫酸、硝酸，磷酸亚铁锂与混酸反应转化为磷酸、铁离子和锂离子，过滤得到含有不溶于酸碱的导电剂等滤渣和含有磷酸、铁离子和锂离子的滤液，向滤液加入碱液调节溶液pH，磷酸反应生成磷酸根，磷酸根与铁离子反应生成磷酸铁沉淀，过滤后，向滤液加入饱和碳酸钠溶液，碳酸钠将锂离子转化为生成碳酸锂沉淀，过滤、热水洗涤得到碳酸锂。
【详解】（1）从“正极片”可以得到偏铝酸盐溶液、磷酸铁和碳酸锂，则可以回收的金属为铝、铁、锂，故答案为：Li、Fe、Al；
（2）碱溶时，铝与碱溶液反应生成偏铝酸根和氢气，反应的离子方程式为2Al+2OH- +2H2O=2AlO+3H2↑，故答案为：2Al+2OH- +2H2O=2AlO+3H2↑；
（3）由分析可知磷酸亚铁锂与混酸反应时，亚铁离子被氧化生成铁离子，硝酸被还原为一氧化氮，标准状况下，2.24L一氧化氮的物质的量为0.1mol，由得失电子数目守恒可知，被氧化的磷酸亚铁锂的物质的量为0.1mol×3=0.3mol，故答案为：0.3；
（4）①由题意可知，Sn2+离子的还原性强于Fe2+离子，能与重铬酸钾溶液反应，干扰Fe2+离子定量测定，则实验中加入氯化汞饱和溶液将溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络离子SnCl，防止其影响Fe2+的测量，故答案为：将溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络离子SnCl，防止其影响Fe2+的测量；
②由题给方程式可得如下转化关系：6LiFePO4—6Fe2+—Cr2O，Cr2O离子的物质的量为0.030 mol·L-1×0.02L=6×10—4mol，则磷酸亚铁锂电池中铁的含量为×100%=20.16%，故答案为：20.16%。
答案：（1）Li、Fe、Al （2）2Al+2OH- +2H2O=2AlO+3H2↑ （3）0.3 （4）将溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络离子SnCl，防止其影响Fe2+的测量 20.16%
2．(2020·湖北华师一附中等八校联考)下图是某工业生产过程，请回答下列问题。
溶解度表(单位：g/100 g水)：
温度/℃
0
10
20
30
40
60
80
90
100
氯化铵
29.4
33.3
37.2
41.4
45.8
55.2
65.6
71.3
77.3
硫酸铵
70.6
73
75.4
78
81
88
95
98
103
硫酸钾
7.4
9.3
11.1
13
14.8
18.2
21.4
22.9
24.1
氯化钾
28
31.2
34.2
37.2
40.1
45.8
51.3
53.9
56.3
(1)该工业生产过程的目标产品是__________________(填化学式)。
(2)过滤Ⅰ操作所得固体中，除CaCO3 外还有一种物质，该物质的用途有_____________________________________________________________________(试举一例)。
(3)根据溶解度表，转化Ⅱ中适宜的温度是________。
A．0～10 ℃ B．20～30 ℃
C．40～60 ℃ D．90～100 ℃
过滤Ⅱ操作所得滤渣是________。
(4)我国著名的化学家也利用了转化Ⅱ的反应原理制备了一种重要的碱，该制备过程的化学方程式为__________________________________________________________________。
(5)氯化钙结晶水合物(CaCl2·6H2O)进行脱水处理可制得常用的干燥剂，根据如图选择的最佳脱水方法是________。
A．氯化氢气流中加热到174 ℃
B．直接加热至174 ℃
C．直接加热至260 ℃
D．氯化氢气流中加热到260 ℃
(6)上述工业流程实现了绿色化学的理念，其中________________(填化学式)实现了循环利用，副产品________(填化学式)可转化为原料，整个流程基本实现了污染物零排放。
解析： (1)根据流程图可知，本工业生产过程的目标产品是CaCl2·6H2O。
(2)CaSO4 是一种微溶于水的物质，故另一种固体物质应为CaSO4，其用途有做石膏模型、加入水泥中调节水泥的硬化速率、做建筑材料等。
(3)转化Ⅱ发生反应：(NH4)2SO4＋2KCl===K2SO4↓＋2NH4Cl，根据表中数据可知，90～100 ℃时，硫酸铵、氯化钾、氯化铵的溶解度相对而言比硫酸钾大得多，溶液中容易析出硫酸钾晶体，故D正确；过滤Ⅱ操作所得滤渣是K2SO4(或K2SO4 和KCl)。
(4)我国著名化学家侯德榜利用了转化Ⅱ的反应原理制备了NaHCO3，该制备过程是在饱和食盐水中先通入足量的氨，再通入足量的二氧化碳产生碳酸氢钠沉淀，化学方程式为NH3＋H2O＋NaCl＋CO2===NH4Cl＋NaHCO3↓。
(5)无水氯化钙可用作干燥剂，2.19 g CaCl2·6H2O的物质的量为0.01 mol，而0.01 mol无水氯化钙的质量为1.11 g，故最佳脱水的方法是直接加热至260 ℃。
(6)蒸氨过程中NH3 可循环利用，副产品CaCO3 可转化为原料氧化钙和二氧化碳。
答案：(1)CaCl2·6H2O
(2)做石膏模型(或加入水泥中调节水泥的硬化速率或做建筑材料)
(3)D K2SO4(或K2SO4 和KCl)
(4)NH3＋H2O＋NaCl＋CO2===NH4Cl＋NaHCO3↓
(5)C (6)NH3 CaCO3
3．铅的单质、氧化物、盐在现代工业中有着重要用途。
(1)铅能形成多种氧化物，如碱性氧化物PbO、酸性氧化物PbO2、类似Fe3O4 的Pb3O4，向盛有PbO2 的圆底烧瓶中滴加浓盐酸，产生黄绿色气体，其反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4 及炭黑等)和H2SO4 为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：
过程1中分离提纯的方法是________，滤液2中的溶质主要是________(填物质的名称)。过程1中，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2 反应生成PbSO4 的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4 的电解液，电解Na2PbCl4 溶液生成Pb的装置如图所示。
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__________。
③电解过程中，Na2PbCl4 电解液浓度不断减小，为了恢复其浓度，应该向________极室(填“阴”或“阳”)加入__________(填化学式)。
解析：(1)向盛有PbO2 的圆底烧瓶中滴加浓盐酸，产生黄绿色气体，则该气体为氯气，根据氧化还原反应的规律及元素守恒可知，产物还有PbCl2 和水，其化学方程式为PbO2＋4HCl(浓)===PbCl2＋Cl2↑＋2H2O。
(2)过程1中得到了滤液和不溶物PbSO4，则过程1的操作方法为过滤；PbSO4 与氢氧化钠反应生成物除了PbO以外，还应有硫酸钠，则滤液2中的溶质主要是硫酸钠，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2 在稀硫酸作用下发生归中反应生成PbSO4 的化学方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
(3)①电解时阴极上PbCl得电子生成Pb，其电极反应式为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－。
②电解过程中，惰性电极a(阳极)上水失电子发生氧化反应，其电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，为平衡电荷，生成的H＋会通过阳离子交换膜移向阴极。
③电解过程中，阴极的电极反应为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－，则可在阴极补充PbO生成PbCl，使Na2PbCl4 电解液浓度恢复。
答案：(1)PbO2＋4HCl(浓)===PbCl2＋Cl2↑＋2H2O
(2)过滤 硫酸钠 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
(3)①PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－ ②H＋ ③阴 PbO
4．最新研究表明As2O3在医药领域有重要应用。某小组从工业废料中提取As2O3，设计流程如下：
已知：H3AsO3为弱酸，热稳定性差。
(1)写出一条“碱浸”时提高浸取率的方法：________________________；“碱浸”中H3AsO3转化成Na3AsO3的离子方程式为__________________________________________。
(2)“氧化”时向混合液中通入O2时对体系加压，目的是____________________________________________________________________________。
(3)“沉砷”过程中有如下反应：
①Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq) ΔH＜0
②5Ca2＋(aq)＋OH－(aq)＋3AsO(aq)
Ca5(OH)(AsO4)3(s) ΔH＞0
沉砷率与温度关系如图。沉砷最佳温度为____________，高于85 ℃时，沉砷率下降的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)“还原”过程中获得H3AsO3的化学方程式为______________________________
________________________________________________________________________；
“操作A”为______________、过滤；滤液Ⅱ的主要溶质是________。
(5)若每步均完全反应，“氧化”和“还原”时消耗相同条件下O2和SO2的体积分别为x L、y L，则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)＝________(写出含x、y的计算式)。
解析：工业废料(含H3AsO3、H3AsO4)加入氢氧化钠溶液“碱浸”，与氢氧化钠反应生成Na3AsO3、Na3AsO4溶液，通入氧气，将Na3AsO3氧化为Na3AsO4，向溶液中加入石灰乳，得到Ca5(OH)(AsO4)3沉淀，将 Ca5(OH)(AsO4)3用硫酸酸化得到H3AsO4，通入二氧化硫与H3AsO4溶液混合：H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4，还原后加热溶液，H3AsO3分解为As2O3，据此分析解答。
(1)反应物接触时间越长，反应越充分，所以“碱浸”时可采用搅拌或多次浸取使其充分反应，提高原料浸取率；H3AsO3与氢氧化钠溶液发生酸碱中和反应，离子方程式为H3AsO3＋3OH－===AsO＋3H2O。
(2)“氧化”时向混合液中通入O2时对体系加压，可以增大O2的溶解度，加快反应速率。
(3)“沉砷”是将砷元素转化为Ca5(OH)(AsO4)3沉淀，发生的主要反应有①Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq) ΔH<0、②5Ca2＋(aq)＋OH－(aq)＋3AsO(aq)Ca5(OH)(AsO4)3(s) ΔH>0，高于85 ℃，随着温度升高，反应①中 c(Ca2＋)、c(OH－)减小，温度对平衡移动的影响反应①大于反应②，使反应②中平衡逆向移动，沉砷率下降。
(4)“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3，自身被氧化生成硫酸，化学方程式为H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4；还原后加热溶液，H3AsO3分解为As2O3，所以“操作A”为加热、过滤；由化学方程式可知，滤液 Ⅱ 的主要溶质是H2SO4。
(5)“氧化”过程中将Na3AsO3氧化为Na3AsO4，关系式为2H3AsO3～2Na3AsO3～O2；“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3，关系式为H3AsO4～SO2；已知消耗相同条件下O2和SO2的体积分别为x L、y L，体积比等于物质的量之比，即n(O2)∶n(SO2)＝x∶y，由关系式可知，n(H3AsO3)＝2n(O2)＝2x，则废水中原有的 n(H3AsO4)＝y－2x，则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)＝2x∶(y－2x)。
答案：(1)搅拌(或多次浸取或其他合理答案) H3AsO3＋3OH－===AsO＋3H2O (2)增大O2的溶解度，加快反应速率 (3)85 ℃ 随着温度升高，反应①中c(Ca2＋)、c(OH－)减小，温度对平衡移动的影响反应①大于反应②，使反应②中平衡逆向移动，沉砷率下降
(4)H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4 加热 H2SO4 (5)2x∶(y－2x)
5．硼氢化钠(NaBH4)广泛用于化工生产，常温下能与水反应，易溶于异丙胺(沸点为33 ℃)。工业上可用硼镁矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O，含少量杂质Fe3O4)制取NaBH4，其工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)NaBH4的电子式为________。
(2)“碱溶”时Mg2B2O5发生反应的化学方程式是______________________________
________________________________________________________________________。
(3)滤渣的成分是________。
(4)高温合成中，加料之前需将反应器加热至100 ℃以上并通入氩气，该操作的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
原料中的金属钠通常保存在________中，实验室取用少量金属钠用到的实验用品有________、________、玻璃片和小刀。
(5)操作2的名称为________。流程中可循环利用的物质是________。
(6)在碱性条件下，用惰性电极电解NaBO2溶液也可制得NaBH4，装置如图所示，电解总反应的离子方程式为______________________________________________________。
(7)NaBH4常用作还原剂，H2也是常见的还原剂。与相同氧化剂反应时，1 g NaBH4的还原能力相当于________g H2的还原能力(B元素化合价不变，氧化产物中氢元素化合价相同，计算结果保留两位小数)。
解析：(1)NaBH4的电子式为。(2)由流程图可知，“碱溶”时Mg2B2O5与NaOH反应转化为NaBO2，发生反应的化学方程式是Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O===2NaBO2＋2Mg(OH)2。(3)硼镁矿中Fe3O4不溶于浓NaOH溶液，以滤渣的形式析出，另外，“碱溶”时生成的Mg(OH)2也以滤渣的形式析出，所以滤渣的成分为Mg(OH)2和Fe3O4。(4)Na的性质活泼，能与水和空气中的氧气反应，结合题干中硼氢化钠在常温下能与水反应，所以加料之前须先排除水蒸气和空气(或氧气)的干扰。(5)NaBH4易溶于异丙胺且异丙胺的沸点较低，结合流程图可知，操作2是蒸馏NaBH4的异丙胺溶液，回收异丙胺，异丙胺可循环利用。(6)由“在碱性条件下，用惰性电极电解NaBO2溶液也可制得NaBH4”可知，电解总反应的离子方程式为BO＋2H2OBH＋2O2↑。(7)NaBH4和氢气做还原剂时氧化产物中氢元素都为＋1价，则1 g NaBH4的还原能力相当于0.21 g H2的还原能力。
答案：(1)
(2)Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O===2NaBO2＋2Mg(OH)2
(3)Fe3O4和Mg(OH)2
(4)除去反应器中的水蒸气和空气 煤油 镊子 滤纸
(5)蒸馏 异丙胺
(6)BO＋2H2OBH＋2O2↑
(7)0.21
6．锌是一种常用金属，工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等)湿法制取金属锌的流程如图所示，回答下列问题。
已知：Fe的活泼性强于Ni。
(1)ZnFe2O4可写成ZnO·Fe2O3，则ZnFe2O4与H2SO4反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)“净化Ⅰ”操作分为两步：
①将溶液中少量的Fe2＋氧化，下列试剂中可选用的是____________(填字母)。
A．新制氯水 B．30%H2O2溶液
C．FeCl3溶液 D．KMnO4溶液
②加入ZnO，调节溶液pH为3.3～6.7，加热到60 ℃左右并不断搅拌，加热搅拌的主要目的是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)“净化Ⅰ”生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是____________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)“净化Ⅱ”中加入过量Zn的目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据ZnFe2O4可写成ZnO·Fe2O3可知，ZnFe2O4与硫酸反应的化学方程式为ZnFe2O4＋4H2SO4===ZnSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O。(2)①将溶液中少量的Fe2＋氧化，应选用氧化性较强且不会引入新杂质的物质，新制氯水的还原产物为氯离子，会引入新的杂质，氯化铁无法将Fe2＋氧化，且会引入新的杂质，KMnO4的还原产物为二价锰离子，会引入新的杂质，因此应选用过氧化氢。②加热搅拌的目的是促进Fe3＋水解转化为Fe(OH)3沉淀，并使过量的过氧化氢分解除去。(3)因为Fe(OH)3胶体具有吸附性，故“净化Ⅰ”生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质。(4)结合流程图可知，“净化Ⅱ”中加入过量Zn的目的是使Cu2＋、Ni2＋转化为Cu、Ni而除去。
答案：(1)ZnFe2O4＋4H2SO4===ZnSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O (2)①B ②促进Fe3＋水解转化为Fe(OH)3沉淀，并使过量的过氧化氢分解除去
(3)氢氧化铁胶体具有吸附性
(4)使Cu2＋、Ni2＋转化为Cu、Ni而除去
7．氯化钴是治疗障碍性贫血药物的主要成分之一。下面是从海绵钴(含有少量Fe、Ni)中制备氯化钴晶体的工艺流程：
已知：①Co、Ni溶于盐酸均生成+2价金属阳离子；②Ni2+溶于氨水生成[Ni(NH3)6]2+离子。
回答下列问题：
(1)为提高海绵钴的溶浸率，可以采用的措施有_________(写出一条即可)。
(2)写出“除Ni”时发生的离子反应方程式：__________。
(3)研究发现，“除Ni”步骤中，NH3·H2O用量对反应收率的影响有如下关系：
加入氨水，调节pH
收率/%
Ni2+含量/%
9
98.1
0.08
9.5
98
0.05
10
97.6
0.005
10.3
94
0.005
“除Ni”时，pH=_________时，效果最好。
(4)“沉铁”步骤中，加入H2O2时发生的离子反应为________；加入CoO的目的是_________。
(5)已知25℃时，若Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10-38，离子浓度小于或等于1.0×10-5 mol/L时表示完全沉淀，则该温度下Fe3+完全沉淀时pH＝______。
(6)操作a的实验步骤为________。
(7)将CoCl2·6H2O晶体在HCl氛围下加热，所得样品的固体残留率(×100%)随温度的变化如下图所示。
则当固体残留率为62.18%时，所得固体的化学式为_______。
解析：【分析】海绵钴(含有少量Fe、Ni)中加酸溶解，生成CoCl2、NiCl2、FeCl2；加入氨水后，Ni2+转化为[Ni(NH3)6]2+，Co2+、Fe2+分别转化为Co(OH)2、Fe(OH)2沉淀；加入盐酸后溶解，重新生成CoCl2、FeCl2；加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，再加入CoO与H+反应，促进Fe3+水解反应的进行，Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀；加盐酸调节pH，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，从而获得CoCl2·6H2O。
【详解】(1)为提高海绵钴的溶浸率，可通过升高温度、增大浓度、增大接触面积等措施，所以采用的措施有将海绵钴粉碎，适当增加盐酸浓度，适当升高酸溶温度，搅拌等。答案为：将海绵钴粉碎，适当增加盐酸浓度，适当升高酸溶温度，搅拌等；
(2)“除Ni”时，加入氨水，Ni2+转化为[Ni(NH3)6]2+，发生的离子反应方程式：Ni2++6NH3·H2O==[Ni(NH3)6]2++6H2O。答案为：Ni2++6NH3·H2O==[Ni(NH3)6]2++6H2O；
(3) “除Ni”时，从表中数据可以看出，pH=10时，效果最好。答案为：10；
(4)“沉铁”步骤中，加入H2O2时，Fe2+被氧化为Fe3+，发生的离子反应为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O；加入CoO的目的，与H+反应，促进Fe3+水解，所以是调节溶液的pH，使铁离子形成沉淀而除去。答案为：2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O；调节溶液的pH，使铁离子形成沉淀而除去；
(5)已知25℃时，若Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10-38，离子浓度小于或等于1.0×10-5 mol/L时表示完全沉淀，则该温度下Fe3+完全沉淀时，c(OH-)=mol/L=1.0×10-11mol/L，pH＝3。答案为：3；
(6)由以上分析可知，操作a的实验步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；
(7)设CoCl2·6H2O晶体的物质的量为1mol，则其质量为238g，当固体残留率为62.18%时，剩余固体的质量为238g×62.18%=148g，而CoCl2的相对分子质量为130g，则剩余固体仍为无水盐，结晶水的物质的量为=1mol，即剩余固体中仍含有1个结晶水，所得固体的化学式为CoCl2·H2O。答案为：CoCl2·H2O。
答案：将海绵钴粉碎，适当增加盐酸浓度，适当升高酸溶温度，搅拌等 Ni2++6NH3·H2O==[Ni(NH3)6]2++6H2O 10 2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O 调节溶液的pH，使铁离子形成沉淀而除去 3 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 CoCl2·H2O
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