高考化学工艺流程与元素化合物解答题专练十解析版.docx

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高考化学工艺流程与元素化合物解答题专练十解析版

2021年高考化学工艺流程与元素化合物解答题专练（十）解析版

1．三氧化二钴（Co2O3）主要用作颜料、釉料、磁性材料、催化剂和氧化剂等。

以含钴废料（主要成分为Co2O3，含有少量MnO2、NiO、Fe3O4）为原料制备Co2O3的流程如下图所示：

已知：

Ⅰ.“酸浸”后的浸出液中含的阳离子有H+、Co2+、Fe3+、Ni2+等。

Ⅱ.部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表：

沉淀物

Fe（OH）3

Co（OH）2

Ni（OH）2

完全沉淀时的pH

3.7

9.0

9.2

回答下列问题：

（1）“酸浸”含钴废料的温度不宜过高，原因是_____________。

（2）“酸浸”时发生的主要反应是___________________（写离子方程式）。

（3）某萃取剂对金属离子的萃取率与溶液pH的关系如图所示：

使用该萃取剂时应控制的pH约为____________，理由是_____________。

（4）写出高温煅烧时发生的化学反应方程式___________。

（5）操作1得到的副产品是__________（填名称）；

已知该物质的溶液加热到100℃时会变质，该物质的溶解度见下表：

湿度

0℃

10℃

20℃

30℃

40℃

50℃

60℃

溶解度

70.6

73.0

75.4

78.0

81.0

84.5

88.0

操作1是________（填字母）。

a．蒸发结晶b．降温结晶c．减压蒸发结晶

（6）有机相提取的Ni2+再生时可用于制备镍氢电池，该电池充电时的总反应为Ni（OH）2+M=NiOOH+MH，则放电时负极的电极反应式为_________________。

【答案】

（1）温度过高H2O2容易分解

（2）Co2O3+H2O2+4H+=2Co2++3H2O+O2↑（3）2.5～3.3即可萃取剂在该pH时对Ni2+、Co2+萃取率差别大，能分离Ni2+、Co2+两种离子

（4）2Co2（OH）2CO3+O2

Co2O3+2H2O+2CO2（5）硫酸铵c（6）MH+OH--e-=M+H2O

【解析】

（1）双氧水热稳定性差，“酸浸”含钴废料的温度不宜过高，原因是温度过高H2O2容易分解。

答案为：

温度过高H2O2容易分解；

（2）“酸浸”时，Co2O3被H2O2还原为Co2+，发生的主要反应是Co2O3+H2O2+4H+=2Co2++3H2O+O2↑。

答案为：

Co2O3+H2O2+4H+=2Co2++3H2O+O2↑；

（3）使用该萃取剂萃取Ni2+，单纯从萃取率考虑，萃取率越高越好，但同时还需考虑到，Co2+尽可能不被萃取，两方面综合考虑，应控制的pH约为2.5～3.3即可，理由是萃取剂在该pH时对Ni2+、Co2+萃取率差别大，能分离Ni2+、Co2+两种离子。

答案为：

2.5～3.3即可；萃取剂在该pH时对Ni2+、Co2+萃取率差别大，能分离Ni2+、Co2+两种离子；

（4）高温煅烧时，Co2（OH）2CO3的分解产物被O2氧化生成Co2O3等，化学反应方程式2Co2（OH）2CO3+O2

Co2O3+2H2O+2CO2。

答案为：

2Co2（OH）2CO3+O2

Co2O3+2H2O+2CO2；

（5）由分析知，操作1得到的副产品是硫酸铵。

答案为：

硫酸铵；从溶解度表看，硫酸铵的溶解度随温度升高有所增大，但变化量不大，且硫酸铵受热易分解，所以操作1是减压蒸发结晶，故选c。

答案为：

c；

（6）放电时负极为MH失电子生成M等，电极反应式为MH+OH--e-=M+H2O。

答案为：

MH+OH--e-=M+H2O。

2．随着钴酸锂电池的普及使用，从废旧的钴酸锂电池中提取锂、钴等金属材料意义重大。

如图是废旧钻酸锂（LiCoO2）（含少量铁、铝、铜等元素的化合物）回收工艺流程：

（1）“拆解”前需进入“放电”处理的目的是__；用食盐水浸泡是放电的常用方法，浸泡放电过程中产生的气体主要有__。

（2）上述流程中将CoO2-转化为Co3+的离子方程式为__。

（3）滤液1中加入Na2SO3的主要目的是__；加入NaClO3的主要目的是__。

（4）“沉钴”过程中，（NH4）2C2O4的加入量（图a）、沉淀反应的温度（图b）与钴的沉淀率关系如图所示：

根据图分析：

沉钴时应控制n（C2O42-）：

n（Co2+）比为__，温度控制在__℃左右。

【答案】

（1）防止在电池拆解过程中发生短路引起火灾及操作人员触电H2、Cl2

（2）4H++CoO2-=2H2O+Co3+（3）将Co3++还原为Co2+将Fe2+氧化为Fe3+

（4）1.1546

【解析】

（1）电池在拆解过程中容易发生短路引起火灾或导致操作人员触电，则拆解前必须进行放电处理；用食盐水浸泡放电过程实际是电解食盐水的过程，电解时，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，水电离出的氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，故答案为：

电池拆解过程中发生短路引起火灾及操作人员触电；H2、Cl2；

（2）用硫酸浸泡时，CoO2—与H+反应转化为Co3+离子和水，反应的离子方程式为4H++CoO2—=2H2O+Co3+，故答案为：

4H++CoO2—=2H2O+Co3+；

（3）Co3+具有氧化性，向滤液1中加入具有还原性的Na2SO3，能将Co3+还原为Co2+；亚铁离子具有还原性，加入具有氧化性的NaClO3，能将Fe2+氧化为Fe3+，便于调节pH时，将Fe3++转换为氢氧化铁沉淀，故答案为：

将Co3++还原为Co2+；将Fe2+氧化为Fe3+；

（4）由左图可知，n（C2O42-）：

n（Co2+）比为1.15时，钴的沉淀率最大，效果最好；由右图可知，沉淀反应温度为46℃左右时，钴的沉淀率最大，效果最好，故答案为：

1.15；46。

3．无水氯化锰

在电子技术和精细化工领域有重要应用。

一种由粗锰粉（主要杂质为Fe、Ni、Pb等金属单质）制备无水氯化锰的工艺如下（部分操作和条件略）。

I．向粗锰粉中加入盐酸，控制溶液的pH约为5，测定离子的初始浓度。

静置一段时间后锰粉仍略有剩余，过滤；

II．向I的滤液中加入一定量盐酸，再加入

溶液，充分反应后加入

固体调节溶液的pH约为5，过滤；

III．向II的滤液中通入

气体，待充分反应后加热一段时间，冷却后过滤；

IV．浓缩、结晶、过滤、洗涤、脱水得到无水MnCl2。

各步骤中对杂质离子的去除情况

初始浓度/mg·L–1

21.02

4.95

5.86

步骤I后/mg·L–1

12.85

3.80

3.39

步骤II后/mg·L–1

0.25

3.76

3.38

步骤III后/mg·L–1

0.10（达标）

3.19（未达标）

0.12（达标）

已知：

金属活动性Mn＞Fe＞Ni＞Pb

（1）锰和盐酸反应的化学方程式是_______。

（2）步骤I中：

①Fe2+浓度降低，滤渣中存在

。

结合离子方程式解释原因：

_______。

②Pb2+浓度降低，分析步骤I中发生的反应为：

Pb+2H+=Pb2++H2↑、______。

（3）步骤II中：

①

酸性溶液的作用：

_______。

②结合离子方程式说明MnCO3的作用：

_______。

（4）步骤III通入H2S后，Ni2+不达标而

达标。

推测溶解度：

PbS_____NiS（填“>”或“<”）。

（5）测定无水

的含量：

将ag样品溶于一定量硫酸和磷酸的混合溶液中，加入稍过量

，使

氧化为

。

待充分反应后持续加热一段时间，冷却后用bmol/L硫酸亚铁铵

滴定

，消耗cmL硫酸亚铁铵。

（已知：

滴定过程中发生的反应为：

Fe2++Mn3+=Fe3++Mn2+）

①样品中MnCl2的质量分数是_____（已知：

MnCl2的摩尔质量是126g·mol-1）。

②“持续加热”的目的是使过量的

分解。

若不加热，测定结果会______（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。

【答案】

（1）Mn+2HCl=MnCl2+H2↑

（2）空气中的O2将部分Fe2+氧化为Fe（OH）3沉淀，相关的离子方程式为：

4Fe2++O2+10H2O=4Fe（OH）3↓+8H+Pb2++Mn=Pb+Mn2+（3）将剩余Fe2+氧化为Fe3+，调节pH使Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀除去MnCO3+2H+=Mn2++H2O+CO2↑,Fe3++3H2O

Fe（OH）3+3H+（4）＜（5）

偏高

【解析】

（1）Mn与盐酸反应的化学方程式为：

；

（2）①将粗锰粉酸浸后，Fe单质转化为还原性较强的Fe2+，静置一段时间，Fe2+会被空气中的氧气氧化，进而生成Fe（OH）3沉淀，相应的离子方程式为：

；

②由于金属活动性Mn＞Fe＞Ni＞Pb，所以溶液中Pb2+会与未反应完全的Mn反应，造成Pb2+浓度下降，因此与之相关的反应为：

；

（3）①通过分析可知，过氧化氢的作用是将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，便于调节pH值将其转化为Fe（OH）3沉淀除去；

②通过分析可知，MnCO3的作用即调节溶液的pH值以便于Fe3+沉淀，相关的离子方程式为：

以及

；

（4）通过分析可知，PbS的溶解度更小；

（5）①由题可知，ag无水氯化锰中的Mn2+经过氧化后全部转变为Mn3+，硫酸亚铁铵与Mn3+反应时，Mn3+和Fe2+按照1:

1反应，所以MnCl2的质量分数为：

；

②若不加热，溶液中剩余的硝酸铵会在酸性条件下体现氧化性能与硫酸亚铁铵发生反应，这样会使消耗的硫酸亚铁铵偏大，那么最终求出的纯度也偏大。

4．以炼锌厂的烟道灰（主要成分为ZnO，另含少量Fe2O3、CuO、SiO2、MnO等）为原料可生产草酸锌晶体（ZnC2O4⋅2H2O）

已知：

常温下Ksp[Fe（OH）3]＝2.6×10-39，Ksp[Cu（OH）2]＝2.2×10-20。

请问答下列问题：

（1）为了提高“酸浸”时锌元素的浸出率，可以采取的措施有：

_________、________（填写2条）。

（2）“除锰”反应后，溶液的pH__________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）常温下“除铁”反应中，加入ZnCO3可调节溶液的pH，使得Fe3+和部分Cu2+被除去，当两种沉淀共存且溶液的pH＝8时，c（Cu2+）/c（Fe3+）＝________________。

（4）“除铜”反应的离子方程式为________。

（5）若“沉淀”过程中采用Na2C2O4代替（NH4）2C2O4生产草酸锌晶体，应该在搅拌下，将Na2C2O4溶液缓慢加入ZnCl2溶液中，如果顺序颠倒，会产生的不良后果是__________。

（6）将草酸锌晶体加热分解可得到一种纳米材料。

加热过程中固体残留率（剩余固体的质量/原始固体的质量×100%）随温度的变化如图所示，则A、B点固体的化学式分别为____、___________。

【答案】

（1）适当提高盐酸浓度适当提高反应温度、适当加快搅拌速率、适当延长酸浸时间（填2条即可）

（2）减小（3）8.5×1012（4）ZnS+Cu2+

CuS+Zn2+

（5）产生Zn（OH）2杂质（6）ZnC2O4ZnO

【解析】

（1）为了提高浸出率，可以想办法提高酸浸时的反应速率，或者延长酸浸时间；因此可以提高酸浓度，或者提高温度，或者充分搅拌等；

（2）除锰步骤中，过氧化氢与溶液中的Mn2+发生氧化还原反应，离子方程式为：

；由于生成了H+，所以溶液的pH减小；

（3）Fe（OH）3和Cu（OH）2两种沉淀共存时，有：

以及

成立；所以：

；

（4）除铜时加入的是ZnS，生成的是CuS，发生的反应离子方程式为：

；

（5）由于草酸钠的碱性相比于草酸铵更强，所以若将ZnCl2溶液直接加入草酸钠溶液中，可能会生成Zn（OH）2杂质；

（6）假设加热的草酸锌晶体的初始质量为189g，即1mol；那么根据图像可知，A点时，固体质量剩余约为153g，失去的质量恰好是草酸锌晶体中结晶水的质量，所以A点固体的化学式为ZnC2O4；B点时，固体剩余质量约为81g，B点后质量几乎不再变化，根据质量守恒关系，B点的固体中除65g锌元素，剩余的即为16gO元素，所以B点固体的化学式为ZnO。

5．纯橄岩为含镁的硅酸盐矿物，并含有MnO、Fe2O3、FeO、SiO2和一些有机物等杂质。

工业上利用纯橄岩制备一水硫酸镁（MgSO4·H2O）的工艺流程如下：

（1）浸出时温度控制在90℃~100℃之间，并且要连续搅拌2小时的目的是___________。

（2）上述流程中多次用到了过滤操作，实验室过滤时需要用到的玻璃仪器是玻璃棒、烧杯和________________。

（3）向过滤Ⅰ的滤液中加入NaClO溶液，将溶液中的Mn2+氧化成MnO2，反应的离子方程式为________________________________。

（4）滤渣Ⅱ中主要成分为________________（填化学式）。

（5）检验过滤Ⅱ后的滤液中是否含有Fe3+的实验操作方法是________________________。

（6）已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如下图，且溶液的沸点随压强增大而升高。

为了从滤液中充分回收MgSO4·H2O，采取将滤液蒸发浓缩、加压升温结晶的方法，采取加压升温结晶的原因是________________________________。

【答案】

（1）提高纯橄岩中镁的浸出率

（2）漏斗

（3）Mn2++ClO−+H2O

MnO2↓+2H++Cl−（4）Fe（OH）3、MnO2（5）取过滤Ⅱ后的滤液1～2mL于试管中，加入少量KSCN溶液，如果溶液不显红色，证明滤液中无Fe3+增大压强（6）溶液沸点升高，溶液能够达到较高温度，有利于MgSO4·H2O晶体析出

【解析】

（1）浸出时升高温度、连续搅拌，其目的是提高纯橄岩中镁的浸出率；答案为：

提高纯橄岩中镁的浸出率；

（2）过滤时用到的玻璃仪器是玻璃棒、烧杯和漏斗；答案为：

漏斗；

（3）NaClO将溶液中的Mn2+氧化成MnO2，本身被还原为Cl−，依据守恒即可写出反应的离子方程式：

Mn2++ClO−+H2O

MnO2↓+2H++Cl−；答案为：

Mn2++ClO−+H2O

MnO2↓+2H++Cl−；

（4）加入NaClO溶液，能将Fe2+氧化为Fe3+，将溶液中的Mn2+氧化成MnO2，调节溶液pH=5～6，将Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，滤渣Ⅱ中主要成分为Fe（OH）3、MnO2；答案为：

Fe（OH）3、MnO2；

（5）检验过滤Ⅱ后的滤液中是否含有Fe3+的实验方法是用KSCN溶液，具体操作为取过滤Ⅱ后的滤液1～2mL于试管中，加入少量KSCN溶液，如果溶液不显红色，证明滤液中无Fe3+；答案为：

取过滤Ⅱ后的滤液1～2mL于试管中，加入少量KSCN溶液，如果溶液不显红色，证明滤液中无Fe3+；

（6）从图中可以看出，升高温度，有利于MgSO4·H2O晶体析出，增大压强，溶液的沸点升高，溶液能够达到较高温度，有利于MgSO4·H2O晶体析出。

答案为：

增大压强，溶液沸点升高，溶液能够达到较高温度，有利于MgSO4·H2O晶体析出。

6．银精矿主要含有Ag2S（杂质是铜、锌、锡和铅的硫化物），工业上利用银精矿制取贵金属银，流程图如下图所示。

已知“氯化焙烧”能把硫化物转化为氯化物，请回答下列问题：

（1）“氯化焙烧”的温度控制在650～670℃，如果温度过高则对焙烧不利，产率会降低，原因是______。

（2）水洗后的滤液中溶质有盐酸盐和大量钠盐，取少量滤液加入盐酸酸化，再滴入氯化钡溶液有白色沉淀生成，此钠盐为_____（填化学式）。

（3）氨浸时发生的化学反应方程式为________。

（4）“沉银”是用N2H4还原银的化合物。

①N2H4的电子式是_______。

②理论上，1molN2H4完全反应所得到的固体质量是______g。

③向所得母液中加入烧碱，得到的两种物质可分别返回________、______工序中循环使用。

（5）助熔剂Na2CO3和Na2B4O7有两个作用：

一是降低了银的熔点，减少能耗；二是____。

利用________的方法可以进一步直接精炼银锭。

【答案】

（1）温度过高，氯化物进入烟尘逃逸，导致产率降低（或温度过高，会发生其他副反应，导致产率降低）

（2）Na2SO4（3）AgCl+2NH3·H2O=Ag（NH3）2Cl+2H2O

（4）

432氨浸氯化焙烧（5）使少数杂质固体进入浮渣，提高了银的纯度电解

【解析】

（1）“氯化焙烧”过程中，若温度过高，氯化物会进入烟尘逃逸，或者会发生其他副反应，导致产率降低，故答案为：

温度过高，氯化物进入烟尘逃逸，导致产率降低（或温度过高，会发生其他副反应，导致产率降低）；

（2）滤液中溶质有盐酸盐和大量钠盐，取少量滤液加入盐酸酸化，再滴入氯化钡溶液有白色沉淀生成，说明含有SO42-，则此钠盐的化学式是Na2SO4，故答案为：

Na2SO4；

（3）根据上述分析可知，氨浸时发生的化学反应为AgCl+2NH3·H2O=Ag（NH3）2Cl+2H2O，故答案为：

AgCl+2NH3·H2O=Ag（NH3）2Cl+2H2O；

（4）①N2H4是共价化合物，其电子式是

，故答案为：

；

②沉银过程中发生反应4Ag（NH3）2Cl+N2H4===4Ag+N2+4NH4Cl+4NH3，则理论上1molN2H4完全反应所得到4molAg，其质量为4mol×108g/mol=432g，故答案为：

432；

③所得母液为NH4Cl，向其中加入烧碱，可反应得到NaCl和NH3·H2O，可返回“氯化焙烧”和“氨浸”工序中循环使用，故答案为：

氯化焙烧；氨浸；

（5）助熔剂Na2CO3和Na2B4O7既可以降低了银的熔点，减少能耗，又可以使少数杂质固体进入浮渣，提高了银的纯度，可用银锭作阳极，纯银作阴极，硝酸银作电解质溶液构成电解池，进一步精练银锭，即采用电解的方法进一步直接精炼银锭，故答案为：

使少数杂质固体进入浮渣，提高了银的纯度；电解。

7．软锰矿的主要成分为MnO2，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO等杂质。

软锰矿经过综合利用，可制备碳酸锰、氧化铝及绿矾（FeSO4•7H2O），其制备过程如图：

部分物质的Ksp如表：

回答下列问题：

（1）操作I中需要的仪器有______（填字母序号）。

a．蒸发皿b．酒精灯c．漏斗d．玻璃棒e．烧杯

（2）操作Ⅱ中反应的离子方程式为______。

（3）操作Ⅲ中也可用NaHCO3与MnSO4溶液反应制备碳酸锰，其反应的离子方程式为______。

（4）操作Ⅳ中加入适量Fe的目的是______；当调节pH=______时（结果保留整数），可确定Al（OH）3完全沉淀。

（已知：

完全沉淀后，溶液中离子浓度不高于10-5mol•L-1）

（5）操作Ⅵ中一般要加入稀硫酸，目的是______，然后______、冷却结晶、______、洗涤、干燥。

【答案】

（1）cde

（2）MnO2+H2O2+2H+=O2↑+Mn2++2H2O

（3）Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O（4）将铁离子还原为亚铁离子，以防止在调节溶液的pH时，把铁离子转化为沉淀5.0（5）抑制Fe2+水解蒸发浓缩过滤

【解析】

（1）操作I为过滤，需要的仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯，故答案为：

cde；

（2）由分析可知，MnO2、过氧化氢和稀硫酸反应生成水、氧气和MnSO4溶液，离子方程式为：

MnO2+H2O2+2H+=O2↑+Mn2++2H2O，故答案为：

MnO2+H2O2+2H+=O2↑+Mn2++2H2O；

（3）操作Ⅲ目的是生成碳酸锰，则加入NaHCO3后，有沉淀碳酸锰生成，有无色气体二氧化碳生成，反应方程式为：

Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O，故答案为：

Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

（4）操作Ⅳ中加入适量Fe的目的是将铁离子还原为亚铁离子，以防止在调节溶液的pH时把铁离子转化为沉淀；若使铝离子沉淀完全，铝离子的浓度应小于等于1×10-5mol/L，已知Al（OH）3的溶度积为1.3×10-33，则c（OH-）=

mol/L

1.0×10-9mol/L，c（H+）=1.0×10-5mol/L，则该溶液的pH=5.0，故答案为：

将铁离子还原为亚铁离子，以防止在调节溶液的pH时，把铁离子转化为沉淀；5.0；

（5）硫酸亚铁溶液在温度升高时亚铁离子水解程度增大，导致得到的绿矾不纯净，加入稀硫酸能抑制Fe2+水解；溶液中得到绿矾的实验操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，故答案为：

抑制Fe2+水解；蒸发浓缩；过滤。

8．某实验室以含镍废料（主要成分为NiO，还含有少量FeO、Fe2O3、CoO、BaO和SiO2）为原料制备NixOy和碳酸钴（CoCO3）的工艺流程如图：

已知有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如表：

氢氧化物

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Co（OH）2

Ni（OH）2

开始沉淀的pH

1.5

6.5

7.2

7.7

沉淀完全的pH

3.7

9.7

9.4

9.2

请回答以下问题：

（1）“滤渣Ⅰ”主要成分为（填化学式）_____。

（2）“氧化”时（加入NaClO3）的离子方程式为_____。

（3）加入Na2CO3来“调pH”的目的是生成黄钠铁钒沉淀而除去铁，也可通过加入MO（对应的金属氧化物）来调节pH将铁除去，则pH控制的范围为_____。

（4）在实验室萃取操作应该在_____中完成（填仪器名称），向水相中加入NaHCO3时的离子方程式为_________。

（5）从NiSO4溶液获得NiSO4·6H2O晶体的操作依次是：

_____，_________，过滤，洗涤，干燥。

“煅烧”时剩余固体质量与温度变化曲线如图，该曲线中B段所表示氧化物的名称为_____。

【答案】

（1）BaSO4和SiO2

（2）

（3）3.7＜pH＜7.2（4）分液漏斗

（5）蒸发浓缩冷却结晶三氧化二镍

【解析】

（1）原料的成分有NiO，FeO，Fe2O3，CoO，BaO和SiO2；加入硫酸酸溶，SiO2不反应，所以会出现在滤渣中，BaO会最终变成BaSO4沉淀，所以也会出现在滤渣中；

（2）氧化步骤的目的是将二价铁转变成三价铁，便于在后续步骤中沉淀法除去，所以离子方程式为

；

（3）加入Na2CO3这一步是为了除去铁，同时也要避免其他元素的损耗，所以选择的pH区间为3.7~7.2；

（4）萃取最关键的仪器是分液漏斗；加入碳酸氢钠后，产物之一是CoCO3沉淀，考虑到NaHCO3是过量的，所以最终的离子方程式为

；

（5）由溶液获取结晶的常规操作是：

蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤干燥；硫酸镍晶体的摩尔质量是263g/mol，所以26.3g即为0.1mol；280℃开始，固体的质量减少，这个时期是因为结晶水丢失导致的，所以A段对应的物质就是0.1mol的NiSO4