突破06 备战2020年高考化学之突破物质结构性质与工艺流程题-工艺流程综合题（题型精练）

突破06 突破工艺流程综合题（1）

（注：本次训练重心在于熟练工艺流程题的结构与分析技巧）

限时：35分钟

1.[2019新课标Ⅲ节选] 高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。回答下列问题：

相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

（1）“滤渣1”含有S和__________________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。

（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是________________________。

（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。

（6）写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。

【答案】（1）SiO2（不溶性硅酸盐）  MnO2+MnS+2H2SO42MnSO4+S+2H2O

（2）将Fe2+氧化为Fe3+   

（3）4.7    

（4）NiS和ZnS

（5）F−与H+结合形成弱电解质HF，MgF2Mg2++2F−平衡向右移动

（6）Mn2++2MnCO3↓+CO2↑+H2O

【解析】（1）Si元素以SiO2或不溶性硅盐存在，SiO2与硫酸不反应，所以滤渣I中除了S还有SiO2；在硫酸的溶浸过程中，二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应，二氧化锰作氧化剂，硫化锰作还原剂，方程式为：MnO2+MnS+2H2SO42MnSO4+S+2H2O。

（2）二氧化锰作为氧化剂，使得MnS反应完全，且将溶液中Fe2+氧化为Fe3+。

（3）由表中数据知pH在4.7时，Fe3+和Al3+沉淀完全，所以应该控制pH在4.7~6之间。

（4）根据题干信息，加入Na2S除杂为了除去锌离子和镍离子，所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS。

（5）由HFH++F-知，酸度过大，F-浓度减低，使得MgF2Mg2++2F-平衡向沉淀溶解方向移动，Mg2+沉淀不完全。

（6）根据题干信息沉锰的过程是生成了MnCO3沉淀，所以反应离子方程式为：Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O。

2.[2018新课标Ⅱ卷] 我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：

相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

回答下列问题：

（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为_______________________。

（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧气，其后果是________________。

（3）溶液中的Cd2+可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_________________。

（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为______________；沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。

【答案】（1）2ZnS+3O22ZnO+2SO2

（2）PbSO4  调节溶液的pH  无法除去杂质Fe2+

（3）Zn+Cd2+Zn2++Cd

（4）Zn2++2e－Zn  溶浸

【解析】（1）闪锌矿的主要成分是ZnS，因此焙烧过程中主要反应为2ZnS+3O22ZnO+2SO2。

（2）由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4；要测定铁离子，需要调节溶液的pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节pH，即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质Fe2+。

（3）溶液中的Cd2+可用锌粉除去，反应的离子方程式为Zn+Cd2+＝Zn2++Cd。

（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极发生得到电子的还原反应，因此阴极是锌离子放电，则阴极的电极反应式为Zn2++2e－＝Zn；阳极是氢氧根放电，破坏水的电离平衡，产生氢离子，所以电解后还有硫酸产生，因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。

3.[2017·新课标III]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+NaNO3 Na2CrO4+ 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________。

【答案】（1）2∶7   陶瓷在高温下会与Na2CO3反应   

（2）铁   Al(OH)3

（3）小   2+2H++H2O     

（4）d    复分解反应

（5）×100%

【解析】（1）FeO·Cr2O3是还原剂，氧化产物为Na2CrO4和Fe2O3，每摩转移7 mol电子，而NaNO3是氧化剂，还原产物为NaNO2，每摩转移2 mol电子，根据电子守恒可知，FeO·Cr2O3和NaNO3的系数比为2∶7；陶瓷在高温下会与Na2CO3反应，则熔融时不能使用陶瓷容器。

（2）熔块中氧化铁不溶于水，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AlO2−、SiO32−及CrO42−，调节溶液pH并过滤后得滤渣2为Al(OH)3及含硅杂质。

（3）滤液2调节pH的目的是提高溶液的酸性，pH变小；因为溶液中存在2CrO42−+2H+Cr2O72−+H2O，增大溶液中H+浓度，可促进平衡正向移动，提高溶液中Cr2O72−的浓度。

（4）由图示可知，在10 ℃左右时，得到K2Cr2O7的固体最多；2KCl+Na2Cr2O7=K2Cr2O7↓+2NaCl的反应类型为复分解反应。

（5）样品中Cr2O3的质量为m1×40% kg，则生成K2Cr2O7的理论质量为m1×40% kg×，则所得产品的产率为m2 kg÷（m1×40% kg×）×100%=×100%。

4.钛是一种重要的金属，以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，还含有少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示。

（1）滤液1中钛元素以TiO2＋形式存在，则“溶浸”过程发生的主要反应的化学方程式为________________。

（2）物质A为________(填化学式)，“一系列操作”为______________________________________。

（3）“水解”步骤中生成TiO2·xH2O，为提高TiO2·xH2O的产率，可采取的措施有________________________、________________________。(写出两条)。

（4）“电解”是以石墨为阳极，TiO2为阴极，熔融CaO为电解质。阴极的电极反应式为________________；

若制得金属Ti 9.60 g，阳极产生气体________mL(标准状况下)。

（5）将少量FeSO4·7H2O溶于水，加入一定量的NaHCO3溶液，可制得FeCO3，写出反应的离子方程式__________________________________；

若反应后的溶液中c(Fe2＋)＝2×10－6 mol·L－1，则溶液中c(CO)＝________mol·L－1。(已知：常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10－6 mol·L－1)

【答案】　（1）FeTiO3＋2H2SO4TiOSO4＋FeSO4＋2H2O

（2）Fe　蒸发浓缩、冷却结晶、过滤

（3）加水稀释反应物　加碱中和生成的酸、加热等

（4）TiO2＋4e－===Ti＋2O2－　4 480

（5）Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O　 1×10－5

【解析】　（1）因钛铁矿主要成分为FeTiO3，且滤液1中钛元素以TiO2＋形式存在，所以其主要反应化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。（2）该流程中还有副产物FeSO4·7H2O，故需将溶浸产物中的Fe3＋除去，物质A为Fe，“一系列操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。（3） “水解”反应为TiO2＋＋(x＋1)H2O===TiO2·xH2O↓＋2H＋，根据平衡移动原理，为提高TiO2·xH2O的产率可以加水稀释反应物、加碱中和生成的酸、加热等。（4）“电解”过程中阴极反应：TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，阳极反应：2O2－－4e－===O2↑，若制得金属Ti 9.60 g，则n(Ti)＝n(O2)＝0.2 mol，V(O2)＝4 480 mL(标准状况下)。（5）由题意知该反应化学方程式为：Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O；由常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10－6 mol·L－1，Ksp(FeCO3)＝2.025×10－11 mol2·L－2，则c(CO)＝＝1.013×10－5 (mol·L－1)。