2019届二轮复习 大题分点提速练(三)　化工流程综合试题集训 作业（全国通用）

大题分点提速练(三)　化工流程综合试题集训

(分值：50分，建议用时：35分钟)

非选择题：共50分。每个试题考生都必须作答。

1．(10分)(2018·济宁二模)过渡金属催化的反应已成为重要的合成工具，贵金属成本高，会对环境造成不利的影响。因此研究成本低廉的含锰、铁、钴、镍、铜等催化剂应用成为热点。以下是以含钴废渣(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：

下表列出了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计算)

回答下列问题：

(1)“酸浸”时通入SO2的目的是_______________________________，

反应的离子方程式为__________________________________________。

(2)“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__________________________。

(3)“沉钴”时Na2CO3溶液需缓慢滴加的原因是_________________

____________________________________________________________。

(4)用得到的CoCO3等为原料采用微波水热法和常规水热法可以制得两种CoxNi(1－x)Fe2O4(其中Co、Ni均为＋2价)，均可用作H2O2分解的催化剂，有较高的活性。如图是两种不同方法制得的CoxNi(1－x)Fe2O4，在10 ℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线。由图中信息可知：__________法制取得到的催化剂活性更高，由此推测Co2＋、Ni2＋两种离子中催化效果更好的是________。

(5)用纯碱沉淀转化法也可以从草酸钴(CoC2O4)废料得到CoCO3，向含有CoC2O4固体的溶液中滴加Na2CO3溶液，当有CoCO3沉淀生成时，溶液中＝________。

[已知Ksp(CoC2O4)＝6.3×10－8，Ksp(CoCO3)＝1.4×10－13]

【解析】　(1)SO2具有还原性，能还原Co3＋。

(2)要获取ZnSO4，根据平衡移动原理，应加入适量H2SO4，使平衡左移，然后静置，分液。

(3)Na2CO3加入过快，碱性过强易产生Co(OH)2沉淀。

(4)由图不难看出，微波水热法在x相同时，相对初始速率较大；x越大，相对初始速率越大，说明Co2＋的催化效果更好。

(5)＝＝。

【答案】　(1)将Co3＋转化为Co2＋　2Co3＋＋SO2＋2H2O===2Co2＋＋SO＋4H＋

(2)向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分液

(3)防止加入过快而产生Co(OH)2沉淀

(4)微波水热　Co2＋

(5)2.2×10－6

2．(10分)铬和铬的化合物是重要的化工原料，含铬废液易造成环境污染。以某铬矿石(主要成分是Cr2O3，含FeO、SiO2等杂质)为原料生产Cr2O3的流程如图：

已知：Cr2O＋H2O??2CrO＋2H＋，Ksp[Cr(OH)3]＝6.4×10－31，lg 2＝0.3

(1)步骤Ⅱ中为了提高反应速率应该采取的措施有______________________。(写2种)

(2)滤液1中的阴离子除CO外，主要还有____________________________。

(3)步骤Ⅳ发生的反应中Cr2O和蔗糖(C12H22O11)的物质的量之比为________。

(4)步骤Ⅴ中为了使Cr3＋完全沉淀[此时，c(Cr3＋)≤10－5mol·L－1]，常温下，pH至少调至________。

(5)氯化铬酰(CrO2Cl2)是红色液体，它可由固体红矾(K2Cr2O7)与KCl和浓硫酸在小心加热情况下制得，写出制备CrO2Cl2的化学方程式__________________

____________________________________________________________。

(6)钢铁分析中为消除铬对测定锰含量的干扰，利用(5)中反应生成的CrO2Cl2加热挥发而除去。然后将气体通入亚硫酸钠溶液吸收。写出吸收过程中的化学方程式____________________________________________________________

____________________________________________________________。

【解析】　铬矿石(主要成分是Cr2O3，含FeO、SiO2等杂质)中加入纯碱和氧气，高温下，SiO2和纯碱反应生成硅酸钠，FeO被氧化为氧化铁，根据信息滤液2与蔗糖反应生成含Cr3＋的溶液，结合信息Cr2O＋H2O??2CrO＋2H＋，可知滤液1中含有Na2CrO4、Na2SiO3及过量的碳酸钠，固体1为氧化铁，加入硫酸可使硅酸根离子转化为沉淀，则滤液2中含有Na2Cr2O7、Na2SO4，再与蔗糖、尿素反应后，滤液3的主要溶质为(NH4)2SO4、Na2SO4。(1)升高温度、增大接触面积、搅拌等均能加快化学反应速率，所以步骤Ⅱ中为了提高反应速率应该采取的措施有适当升温、粉碎铬矿石、搅拌等。(2)滤液1中含有Na2CrO4、Na2SiO3及过量的碳酸钠，则滤液1中的阴离子除CO外，主要还有CrO、SiO。(3)Cr2O和蔗糖(C12H22O11)的反应中Cr的化合价由＋6降为＋3，C由0价升高到＋4价，根据得失电子守恒：6n(Cr2O)＝48n(C12H22O11)，则n(Cr2O)∶n(C12H22O11)＝8∶1。(4)为了使Cr3＋完全沉淀[此时，c(Cr3＋)≤10－5 mol·L－1]，根据Ksp[Cr(OH)3]＝c(Cr3＋)·c3(OH－)＝6.4×10－31，c(OH－)＝4×10－9mol·L－1，则c(H＋)＝10－14/(4×10－9)mol·L－1＝0.25×10－5mol·L－1，pH＝5.6。(5)非氧化还原反应，根据反应原理及原子守恒，不难写出方程式为K2Cr2O7＋4KCl＋3H2SO4===3K2SO4＋2CrO2Cl2＋3H2O。(6)CrO2Cl2中Cr为＋6价，被还原为＋3价，Na2SO3中S为＋4价被氧化为＋6价。反应方程式应为6CrO2Cl2＋9Na2SO3＋3H2O===2Cr2(SO4)3＋12NaCl＋2Cr(OH)3↓＋3Na2SO4。

【答案】　(1)适当升温、粉碎铬矿石、搅拌等(合理答案均可)

(2)CrO、SiO　(3)8∶1　(4)5.6

(5)K2Cr2O7＋4KCl＋3H2SO4===3K2SO4＋2CrO2Cl2＋3H2O

(6)6CrO2Cl2＋9Na2SO3＋3H2O===2Cr2(SO4)3＋12NaCl＋2Cr(OH)3↓＋3Na2SO4

3．(10分)(2018·专家原创卷)镁在工业、医疗等领域均有重要用途。某化学兴趣小组利用硼砂工厂的固体废弃物(主要含有MgCO3、MgSiO3、Al2O3和Fe2O3等)，设计了回收镁的工艺流程：

(1)酸浸前，将固体废弃物研磨的目的是____________。为达到此目的，还可以采取的措施是___________________________________________________

____________________________________________________________(任写一条)。

(2)酸浸时，生成滤渣1的离子方程式为_________________________

____________________________________________________________。

(3)第一次调节pH的目的是________________________________________。

当加入氨水使Al3＋开始沉淀时，溶液中c(Fe3＋)/c(Al3＋)为________。{已知Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33。}

(4)设计简单方案分离滤渣2中的成分，简述实验过程：

____________________________________________________________

____________________________________________________________。

(5)滤液3中可回收利用的物质主要是________(填化学式)，其阳离子的电子式为______________________。

(6)写出工业上从滤渣3中获得镁锭的所有反应的化学方程式：____________________________________________________________。

【解析】　(1)增大固体的表面积可加快反应速率，提高浸取率，除此之外还可以升高温度、增大硫酸的浓度等。(2)酸浸时，只有MgSiO3与酸反应生成硅酸沉淀，因此生成滤渣1的离子方程式为MgSiO3＋2H＋===Mg2＋＋H2SiO3。(3)第一次调节溶液的pH目的是除去Fe3＋和Al3＋。当加入氨水使Al3＋开始沉淀时，Fe(OH)3和Al(OH)3均达到沉淀溶解平衡状态。根据Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，Ksp[Al(OH)3]＝c(Al3＋)·c3(OH－)，二式相除得：c(Fe3＋)/c(Al3＋)＝4.0×10－5。(4)分离氢氧化铁和氢氧化铝，利用氢氧化铝的两性，先将滤渣2溶于氢氧化钠溶液中，过滤；向滤液中通入CO2，过滤。(5)滤液3中的溶质主要是加入氨水调节pH时生成的硫酸铵。(6)首先明确滤渣3的主要成分是Mg(OH)2。其次要明确将Mg(OH)2变为Mg的步骤，两步即可：先与盐酸反应生成氯化镁，再电解熔融的氯化镁。

【答案】　(1)加快浸出速率　提高反应温度或适当增加硫酸浓度(或其他合理答案)

(2)MgSiO3＋2H＋===Mg2＋＋H2SiO3

(3)使Fe3＋、Al3＋沉淀从而分离出来　4.0×10－5

(4)溶于适量氢氧化钠溶液，过滤得Fe(OH)3；向滤液中通入过量CO2，过滤得Al(OH)3

(5)(NH4)2SO4　[HN, H]＋

(6)Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O、MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑

4．(10分)(2018·试题调研)以方铅矿(主要成分为PbS)为原料制备铅蓄电池的电极材料的工艺流程如图所示：

部分化合物的Ksp如表所示：

回答下列问题：

(1)“焙烧”生成的气体可用于工业制备________。

(1)写出“高温还原”过程中发生的主要化学反应方程式：

____________________________________________________________。

(3)“粗铅”中的杂质主要有锌、铁、铜、银等，“电解精炼”时阴极反应式为____________________________________________________________，

阳极泥的主要成分是___________________________________________。

(4)铅与稀盐酸反应产生少量气泡后反应终止，原因是________。写出制备PbO2的离子方程式：________________________________。

(5)Pb(NO3)2是强酸弱碱盐，氢硫酸(H2S)是弱酸，向Pb(NO3)2溶液中通入H2S气体能否产生黑色沉淀：________________(列式计算说明)。(已知：H2S的Ka1＝1.3×10－7、Ka2＝7.1×10－15。)

(6)PbCrO4加入足量硝酸中，振荡，观察到的主要现象是

____________________________________________________________，

反应的离子方程式为___________________________________________。

【解析】　(3)“电解精炼”时，电解质溶液中的Pb2＋在阴极得到电子被还原为Pb：Pb2＋＋2e－===Pb，“粗铅”中金属活动性小于铅的铜、银在阳极不失去电子，故阳极泥的主要成分是铜和银。(6)铬酸铅的沉淀溶解平衡为PbCrO4(s) Pb2＋(aq)＋CrO(aq)，加入硝酸中，因2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O导致c(CrO)减小，铬酸铅沉淀溶解平衡向右移动，得到橙色溶液。

【答案】　(1)硫酸(或H2SO4)

(2)PbO＋CPb＋CO↑

(3)Pb2＋＋2e－===Pb　铜、银

(4)生成难溶的氯化铅覆盖在铅表面阻止反应继续进行　PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－

(5)若能产生黑色沉淀，离子方程式为Pb2＋＋H2S===PbS↓＋2H＋，其平衡常数K＝＝＝＝≈2.7×106＞105，反应进行完全，有黑色沉淀生成

(6)沉淀溶解，得到橙色溶液　2PbCrO4＋2H＋===2Pb2＋＋Cr2O＋H2O

5．(10分)五氧化二钒(V2O5)是重要的催化剂，可用某钒矿石(含有V2O3、Fe、Al2O3等)来制备，工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

(1)钒矿石“粉碎”的目的为_____________________________________。

(2)“滤渣1”中除Al2O3、Fe(VO3)2、Fe(VO3)3外，还含有________(填化学式)。

(3)“酸浸”时，若用硝酸代替双氧水和盐酸，弊端为____________________________________________________________

____________________________________________________________。

(4)“滤渣2”的主要成分为MgCO3、Fe(OH)3和Al(OH)3，其中生成Al(OH)3的离子方程式为___________________________________________________

____________________________________________________________。

(5)若“净化Ⅰ”时直接加入足量的(NH4)2CO3，可能导致的后果为____________________________________________________________。

(6)“煅烧”时，还生成了参与大气循环的气体，该反应的化学方程式为____________________________________________________________。

(7)产品中V2O5纯度的测定：称取产品a g，先用硫酸溶解，得到(VO2)2SO4溶液；再加入V1 mL c1 mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液(VO＋2H＋＋Fe2＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O)；最后用c2 mol·L－1酸性KMnO4溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2至终点，消耗酸性KMnO4标准溶液的平均体积为V2 mL。假设杂质不参与反应，则产品中V2O5的质量分数为________%。

【解析】　(1)粉碎钒矿石可以增大反应物的接触面积，加快反应速率，使焙烧充分。(2)碳酸镁高温下易分解生成氧化镁和CO2，所以“滤渣1”中除Al2O3、Fe(VO3)2、Fe(VO3)3外，还含有MgO。(3)“酸浸”时，若用硝酸代替双氧水和盐酸，硝酸被还原为氮的氧化物，是有毒气体，污染环境。(4)溶液中铝离子和碳酸根离子发生相互促进的水解反应，生成氢氧化铝：2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑。(5)若“净化Ⅰ”时直接加入足量的(NH4)2CO3会生成NH4VO3沉淀，从而使钒的利用率降低。(6)“煅烧”时，生成参与大气循环的气体，该气体是氮气，反应的化学方程式为4NH4VO3＋3O22V2O5＋2N2＋8H2O。(7)根据得失电子守恒可知剩余亚铁离子的物质的量是0.001V2c2×5 mol，因此参与反应VO＋2H＋＋Fe2＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O的亚铁离子的物质的量是0.001V1c1 mol－0.001V2c2×5 mol，所以V原子的物质的量是0.001V1c1 mol－0.001V2c2×5 mol，则根据V原子守恒可知产品中V2O5的质量分数为×100%＝%。

【答案】　(1)增大钒矿石的比表面积，加快反应速率，使焙烧充分　(2)MgO　(3)生成氮的氧化物等有毒气体，污染环境　(4)2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑　(5)生成NH4VO3沉淀，使钒的利用率降低

(6)4NH4VO3＋3O22V2O5＋2N2＋8H2O　(7)