2023版新教材高考化学微专题小练习专练17化学工艺流程题

这是一份2023版新教材高考化学微专题小练习专练17化学工艺流程题，共8页。试卷主要包含了7 g·L－1，5×10－7，Ka2＝4，37，2～7等内容，欢迎下载使用。

1.[2022·广东卷]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）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 。
2.[2021·湖南卷]碳酸钠俗称纯碱，是一种重要的化工原料。以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠，并测定产品中少量碳酸氢钠的含量，过程如下：
步骤Ⅰ.Na2CO3的制备
步骤Ⅱ.产品中NaHCO3含量测定
①称取产品2.500 g，用蒸馏水溶解，定容于250 mL 容量瓶中；
②移取25.00 mL上述溶液于锥形瓶，加入2滴指示剂M，用0.100 0 ml·L－1盐酸标准溶液滴定，溶液由红色变至近无色（第一滴定终点），消耗盐酸V1 mL；
③在上述锥形瓶中再加入2滴指示剂N，继续用0.100 0 ml·L－1盐酸标准溶液滴定至终点（第二滴定终点），又消耗盐酸V2 mL；
④平行测定三次，V1平均值为22.45，V2平均值为23.51。
已知：（ⅰ）当温度超过35 ℃时，NH4HCO3开始分解。
（ⅱ）相关盐在不同温度下的溶解度表（g/100 g H2O）
回答下列问题：
（1）步骤Ⅰ中晶体A的化学式为 ，晶体A能够析出的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
（2）步骤Ⅰ中“300 ℃加热”所选用的仪器是 （填标号）；
（3）指示剂N为 ，描述第二滴定终点前后颜色变化________________________________________________________________________；
（4）产品中NaHCO3的质量分数为 （保留三位有效数字）；
（5）第一滴定终点时，某同学俯视读数，其他操作均正确，则NaHCO3质量分数的计算结果 （填“偏大”“偏小”或“无影响”）。
3.[2021·广东卷]对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝（Al）、钼（M）、镍（Ni）等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如下：
已知：25 ℃时，H2CO3的Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11；Ksp（BaMO4）＝3.5×10－8；Ksp（BaCO3）＝2.6×10－9；该工艺中，pH>6.0时，溶液中M元素以MO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) 的形态存在。
（1）“焙烧”中，有Na2MO4生成，其中M元素的化合价为 。
（2）“沉铝”中，生成的沉淀X为 。
（3）“沉钼”中，pH为7.0。
①生成BaMO4的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②若条件控制不当，BaCO3也会沉淀。为避免BaMO4中混入BaCO3沉淀，溶液中c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) )) ∶c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(MO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )) ＝ （列出算式）时，应停止加入BaCl2溶液。
（4）①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和Y，Y为 。
②往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量 （填化学式）气体，再通入足量CO2，可析出Y。
（5）高纯AlAs（砷化铝）可用于芯片制造。芯片制造中的一种刻蚀过程如图所示，图中所示致密保护膜为一种氧化物，可阻止H2O2刻蚀液与下层GaAs（砷化镓）反应。
①该氧化物为 。
②已知：Ga和Al同族，As和N同族。在H2O2与上层GaAs的反应中，As元素的化合价变为＋5价，则该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为 。
4.[2021·河北卷]绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了Cr－Fe－Al－Mg的深度利用和Na＋内循环。工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）高温连续氧化工序中被氧化的元素是 （填元素符号）。
（2）工序①的名称为 。
（3）滤渣Ⅰ的主要成分是 （填化学式）。
（4）工序③中发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）物质V可代替高温连续氧化工序中的NaOH，此时发生的主要反应的化学方程式为 ，可代替NaOH的化学试剂还有 （填化学式）。
（6）热解工序产生的混合气体最适宜返回工序 （填“①”“②”“③”或“④”）参与内循环。
（7）工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为 。{通常认为溶液中离子浓度小于10－5 ml·L－1为沉淀完全：Al（OH）3＋OH－⇌Al（OH） eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(4)) K＝100.63；Kw＝10－14，Ksp[Al（OH）3]＝10－33}
专练22 化学工艺流程题
1．答案：（1）Fe2＋
（2）4.7≤pH＜6.2 Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓
（3）4.0×10－4
（4）① 加热搅拌可加快反应速率 ②冷却结晶
（5）MgSO4 （6）①15 ② O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析：（1）由题意知，“氧化调pH”中只有铁是变价金属，铝和稀土金属元素均为＋3价，Fe2＋被氧化为Fe3＋。（2）“过滤1”所得“滤渣”为Fe（OH）3和Al（OH）3，应调节的pH范围为4.7≤pH<6.2，pH小于6.2是防止RE3＋开始沉淀。该过程中Al3＋与OH－反应生成Al（OH）3沉淀。（3）“滤液2”中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1，其物质的量浓度为0.112 5 ml·L－1，Ksp[（C11H23COO）2Mg]＝c2（C11H23COO－）·c（Mg2＋），c2（C11H23COO－）＝（1.8×10－8/0.112 5） ml2·L－2＝16×10－8 ml2·L－2，c（C11H23COO－）＝ eq \r(16×10－8) ml·L－1＝4.0×10－4ml·L－1，若c（C11H23COO－）大于4.0×10－4 ml·L－1，则形成的“滤饼”中会混入（C11H23COO）2Mg。（4）①“滤饼”的主要成分为（C11H23COO）3RE，为难溶物，搅拌可以增加其与盐酸的接触面积，加热也可以加快固体的溶解，进而加快反应速率。②加热搅拌的温度为55 ℃，而月桂酸的熔点为44 ℃，所以“操作X”（过滤）前，先要冷却结晶，使月桂酸变成固体。（5）“滤液2”中含有MgSO4，可以用作“浸取”时加入的“酸化MgSO4溶液”。（6）①YCl3中Y为＋3价，PtCl4中Pt为＋4价，Pt3Y为合金，Pt和Y均可以看成0价，若生成1 ml Pt3Y，转移电子的物质的量为（4×3＋3×1） ml＝15 ml。②在氢氧燃料电池的碱性介质中，O2得电子与水反应生成OH－。
2．答案：（1） NaHCO3 30～35 ℃，NaHCO3的溶解度小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度
（2）D
（3）甲基橙 溶液由黄色变为橙色，且半分钟内不变色
（4）3.56%
（5）偏大
解析：（1）根据相关盐在不同温度下的溶解度可知，30～35 ℃，NaHCO3的溶解度明显小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度，因此NaHCO3在步骤Ⅰ中结晶析出。（2）300 ℃给固体加热选用的仪器应为坩埚。（3）本题中测定碳酸氢钠含量采用了双指示剂滴定法，第一滴定过程以酚酞为指示剂，Na2CO3转化为NaHCO3，第二滴定过程以甲基橙为指示剂，NaHCO3转化为NaCl、CO2和H2O，所以第二滴定终点前后溶液由黄色变为橙色，且半分钟内不变色。（4）由（3）的分析过程可知，25.00 mL待测液中所含NaHCO3的物质的量为0.100 0 ml·L－1×（V2－V1）×10－3 L，则2.500 g产品中所含NaHCO3的质量为84 g·ml－1× eq \f(250 mL,25.00 mL) ×0.100 0 ml·L－1×（23.51－22.45）×10－3 L≈0.089 g，则产品中NaHCO3的质量分数＝ eq \f(0.089 g,2.500 g) ×100%≈3.56%。（5）第一次滴定终点时，俯视读数，导致测得的V1偏小，NaHCO3质量分数的计算结果偏大。
3．答案：（1）＋6
（2）Al（OH）3
（3）①MO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) ＋Ba2＋===BaMO4↓
② eq \f(2.6×10－9,3.5×10－8) × eq \f(1.0×10－7,4.7×10－11)
（4）①NaHCO3 ②NH3
（5）①Al2O3 ②4∶1
解析：（1）根据化合物Na2MO4中Na为＋1价，O为－2价，由化合物中化合价代数和为0，可计算出Na2MO4中M元素的化合价为＋6。（2）“750 ℃焙烧”时，废催化剂中的氧化铝发生反应：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，“滤液Ⅰ”中主要存在NaAlO2和Na2MO4，通入过量CO2时，发生反应：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋NaHCO3，生成的沉淀X为Al（OH）3。（3）由（2）的分析可知“滤液Ⅱ”的主要成分是NaHCO3和Na2MO4。①“滤液Ⅱ”中加入BaCl2溶液生成BaMO4的离子方程式为MO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) ＋Ba2＋===BaMO4↓。②开始生成BaCO3时，溶液中 eq \f(c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）,c（MO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ）) ＝ eq \f(Ksp（BaCO3）,Ksp（BaMO4）) ＝ eq \f(2.6×10－9,3.5×10－8) ，又因为Ka2＝ eq \f(c（H＋）·c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）,c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）) ＝4.7×10－11，由于“沉钼”中，pH为7.0，则 eq \f(c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）,c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）) ＝ eq \f(Ka2,c（H＋）) ＝ eq \f(4.7×10－11,1.0×10－7) ，因此可得 eq \f(c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）,c（MO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ）) ＝ eq \f(2.6×10－9,3.5×10－8) × eq \f(1.0×10－7,4.7×10－11) 。（4）①由于“滤液Ⅱ”的主要成分是NaHCO3和Na2MO4，加入适量BaCl2溶液“沉钼”后，“滤液Ⅲ”中主要存在的钠盐有NaCl和NaHCO3，则Y为NaHCO3。②由“滤液Ⅲ”制备NaHCO3，原理类似侯氏制碱法，加入NaCl固体后，通入足量碱性气体NH3，再通入足量CO2，发生反应：NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3、NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl，析出溶解度较小的NaHCO3固体。（5）①由题给芯片制造的刻蚀过程示意图可知，加入H2O2刻蚀液，GaAs逐渐溶解，当H2O2刻蚀液接触AlAs时，反应生成一种致密的氧化膜，由此可知，Ga、As均可溶于H2O2刻蚀液中，形成的致密氧化膜是AlAs中的铝被氧化为致密的Al2O3膜。②GaAs与H2O2反应时，As由－3价变为＋5价，O由－1价变为－2价，由氧化还原反应中得失电子守恒规律可知，氧化剂（H2O2）与还原剂（GaAs）的物质的量之比为4∶1。
4．答案：（1）Fe、Cr
（2）溶解
（3）Fe2O3、MgO
（4）2Na＋＋2CrO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) ＋2CO2＋H2O===Cr2O eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(7)) ＋2NaHCO3↓
（5）4Fe（CrO2）2＋7O2＋16NaHCO3===8Na2CrO4＋2Fe2O3＋16CO2＋8H2O Na2CO3
（6）②
（7）8.37
解析：铬铁矿与熔融NaOH和O2反应后经工序①得到滤渣Ⅰ和介稳态物质；介稳态相分离后得到Na2CrO4溶液、NaOH溶液和无色溶液，向无色溶液中通入过量气体A后生成Al（OH）3沉淀和物质V的溶液，又Na2CrO4溶液经工序③后得到Na2Cr2O7溶液和物质V（s），所以气体A为CO2，物质V为NaHCO3。（1）Fe（CrO2）2中的Fe为＋2价，易被氧化为＋3价；Fe（CrO2）2中的Cr为＋3价，在后续产物Na2CrO4中Cr为＋6价，因此高温连续氧化工序中被氧化的元素是Fe和Cr。（2）工序①之后为过滤操作，因此加水的目的是溶解可溶性物质，工序①的名称为溶解。（3）经高温连续氧化工序和工序①后铬铁矿转化为CrO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) 、Al（OH） eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(4)) 、Fe2O3和MgO，故滤渣Ⅰ的主要成分是Fe2O3和MgO。（4）由分析可知，气体A为CO2，不溶性物质V为NaHCO3，故工序③中发生反应的离子方程式为2Na＋＋2CrO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) ＋2CO2＋H2O===Cr2O eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(7)) ＋2NaHCO3↓。（5）由分析可知，物质V为NaHCO3，可代替高温连续氧化工序中的NaOH，此时发生的主要反应的化学方程式为4Fe（CrO2）2＋7O2＋16NaHCO3===8Na2CrO4＋2Fe2O3＋16CO2＋8H2O；可代替NaOH的化学试剂需满足以下两点要求：一是显碱性，二是能提供Na＋，因此可代替NaOH的化学试剂还有Na2CO3。（6）热解工序中产生的混合气体为CO2和水蒸气，最适宜返回工序②参与内循环。（7）由题给方程式Al（OH）3＋OH－⇌Al（OH） eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(4)) K＝100.63，可得Al（OH） eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(4)) ⇌OH－＋Al（OH）3 K＝10－0.63，则K＝10－0.63＝ eq \f(c（OH－）,c[Al（OH） eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ]) ，通常认为溶液中离子浓度小于10－5ml·L－1为沉淀完全，则10－0.63＝ eq \f(c（OH－）,10－5) ，可得c（OH－）＝10－5.63 ml·L－1，已知Kw＝10－14，所以pOH＝5.63，pH＝14－pOH＝8.37，故工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为Al（OH）3沉淀的pH为8.37。离子
Mg2＋
Fe3＋
Al3＋
RE3＋
开始沉淀时的pH
8.8
1.5
3.6
6.2～7.4
沉淀完全时的pH
/
3.2
4.7
/
温度/ ℃
0
10
20
30
40
50
60
NaCl
35.7
35.8
36.0
36.3
36.6
37.0
37.3
NH4HCO3
11.9
15.8
21.0
27.0
NaHCO3
6.9
8.2
9.6
11.1
12.7
14.5
16.4
NH4Cl
29.4
33.3
37.2
41.4
45.8
50.4
55.2