题型二 以“化工流程”为载体的综合考查1.(2022·东莞市高三第二次综合测试)利用工业炼铅产生的锌灰(主要成分为ZnO、PbO、FeO、MnO2、CuO)可回收制备ZnCl2，工艺流程如下：回答下列问题(1)“浸取”实验中，反应体系的温度、反应时间对锰脱除效果的影响如下表，则适合的温度和反应时间分别是________、________。表1 温度对锰脱除效果的影响温度/℃ρ(Mn2＋)/mg·L－1除锰率/%100.32587.9300.34189.5500.42484.3700.64676.1表2 反应时间对锰脱除效果的影响时间/hρ(Mn2＋)/mg·L－1除锰率/%1.00.99563.18\n1.50.79470.62.00.32887.92.50.32587.9(2)“滤渣1”的主要成分是________。(3)H2O2溶液的作用是__________________________________________________________，已知“滤渣2”的主要成分是Fe(OH)3，则氧化锌的作用是________________________。“置换”实验中发生反应的离子方程式有Zn＋Pb2＋===Pb＋Zn2＋、___________________。(4)由锌灰制取金属锌可采用碱溶解，然后电解浸取液，已知：ZnO溶于NaOH溶液中生成[Zn(OH)4]2－，则阴极的电极反应为____________________________________________。(5)ZnCl2晶体溶解于饱和Na2CO3溶液中，得到6.46g的碱式碳酸锌[Znx(CO3)y(OH)z]，为了测定其组成，充分加热分解，产生的气体依次通入浓硫酸和碱石灰，质量分别增重了0.72g和0.88g，则该碱式碳酸锌的化学式为________________。答案 (1)30℃ 2.0h(2)MnO2(3)将Fe2＋氧化为Fe3＋ 调节pH将Fe3＋转化为沉淀除去 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu(4)[Zn(OH)4]2－＋2e－===Zn＋4OH－(5)Zn3CO3(OH)4解析 (1)“浸取”实验中，根据表中反应体系的温度、反应时间对锰脱除效果的数据可知，浸出率较高的适合的温度和反应时间分别是30℃、2.0h。(2)MnO2不溶于稀盐酸，故“滤渣1”的主要成分是MnO2。(3)H2O2溶液的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，已知“滤渣2”的主要成分是Fe(OH)3，则氧化锌的作用是调节pH将Fe3＋转化为沉淀除去；“置换”实验中利用锌置换出未处理的金属性弱的金属，发生反应的离子方程式有Zn＋Pb2＋===Pb＋Zn2＋、Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。(4)阴极碱性条件下[Zn(OH)4]2－得到电子产生Zn，电极反应为[Zn(OH)4]2－＋2e－===Zn＋4OH－。(5)浓硫酸增重为分解生成水的质量，水的物质的量为＝0.04mol，则n(OH－)＝0.08mol，碱石灰增重为分解得到二氧化碳的质量，二氧化碳的物质的量为＝0.02mol，则n(CO)＝0.02mol，结合电荷守恒可知，n(Zn2＋)＝×(0.08mol＋0.02mol×2)＝0.06mol，则x∶y∶z＝0.06∶0.02∶0.08＝3∶1∶4，故该碱式碳酸锌的化学式为Zn3CO3(OH)4。8\n2.(2022·江西省吉安一中、九江一中等高三4月联考)钼(Mo)是一种重要的过渡金属元素，常见化合价为＋6、＋5、＋4，金属钼广泛用于冶金、机械制造、电子、照明及一些高科技领域。钼酸钠(Na2MoO4)是一种无公害型冷却水系统的金属缓蚀剂，也可用于制造生物碱、油墨、化肥、钼红颜料等。如图是化工生产中制备金属钼和钼酸钠的主要流程图，已知钼精矿的主要成分为MoS2，钼酸难溶于水。(1)MoS2焙烧时反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________；产生的尾气对环境的主要危害是____________。(2)操作1中，粗产品中的MoO3与Na2CO3溶液充分反应后，生成Na2MoO4和另外一种物质，该物质的电子式为________________。粗产品经过充分碱浸后所得的碱浸液中部分离子的浓度：c(MoO)＝0.40mol·L－1，c(SO)＝0.05mol·L－1。结晶前应先除去SO，方法是加入Ba(OH)2固体。假设加入Ba(OH)2固体后溶液体积不变，当BaMoO4开始沉淀时，SO的去除率为________。已知：Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，Ksp(BaMoO4)＝4.0×10－8。(3)该流程中操作2为过滤，如果在实验室模拟该操作时，发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度分析，可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________。(4)重结晶得到的母液可以在下次重结晶时重复使用，但达到一定次数后必须净化处理，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)工业上由MoO3制备Mo粉也常用铝热反应，写出该反应的方程式________________________________________________________________________。(6)操作3在碱性条件下，将钼精矿加入到足量的NaClO溶液中，也可以制备钼酸钠。该反应的离子方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2 形成酸雨(2) 97.8%(3)过滤时漏斗中的液面高于滤纸边缘或玻璃棒靠在单层滤纸一边弄破滤纸(4)使用一定次数后，母液中杂质的浓度增大，重结晶会析出杂质，影响产品纯度(5)2Al＋MoO3Mo＋Al2O3(6)MoS2＋9ClO－＋6OH－===MoO＋2SO＋9Cl－＋3H2O8\n解析 (1)根据流程图可知：MoS2焙烧时产生MoO3和SO2，反应的化学方程式为2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2；反应产生的SO2排放到大气中形成酸雨。(2)根据MoO3与Na2CO3溶液充分反应生成Na2MoO4可知，该反应为非氧化还原反应，根据原子守恒可知，反应生成的另外一种物质为二氧化碳，电子式为；根据Ksp(BaMoO4)＝c(Ba2＋)×c(MoO)＝4.0×10－8，当c(MoO)＝0.40mol·L－1时，c(Ba2＋)＝10－7mol·L－1，根据Ksp(BaSO4)＝c(Ba2＋)×c(SO)＝1.1×10－10，把c(Ba2＋)＝10－7mol·L－1带入上式，c(SO)＝1.1×10－3mol·L－1，当BaMoO4开始沉淀时，SO的去除率为×100%＝97.8%。(3)该流程中操作2为过滤，发现滤液中有少量浑浊，可能的原因是过滤时漏斗中的液面高于滤纸边缘或玻璃棒靠在单层滤纸一边弄破滤纸。(5)金属铝与MoO3高温下反应生成氧化铝和Mo，反应的方程式：2Al＋MoO3Mo＋Al2O3。(6)次氯酸钠具有强氧化性，在碱性环境下能够把MoS2氧化为MoO和SO，反应的离子方程式为MoS2＋9ClO－＋6OH－===MoO＋2SO＋9Cl－＋3H2O。3.(2022·河南省六市高三联考)软锰矿的主要成分是MnO2，其悬浊液可吸收烟气中的SO2，所得酸性浸出液又可用于制备高纯硫酸锰，其中一种工艺流程如下图图1所示。已知金属单质的活动顺序为Al>Mn>Fe>Ni。回答下列问题：8\n(1)用离子方程式表示加入“氧化剂(软锰矿)”作用：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)已知：Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33Ksp[Ni(OH)2]＝1.6×10－15Ksp[Mn(OH)2]＝4.0×10－14Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39“水解沉降”中：①“中和剂”可以是________(填字母)。A.Al2O3B.MgOC.H2SO4D.MnO2②溶液的pH应不低于________(离子浓度小于1×10－6mol·L－1时，即可认为该离子沉淀完全)。(3)“置换”的目的是_________________________________________________________(用离子方程式表示)。(4)“结晶分离”中的部分物质的溶解度曲线如上图图2所示。结晶与过滤的过程中，体系温度均应维持在______(填“27”“60”或“70”)℃。(5)“草酸钠—高锰酸钾返滴法”可测定软锰矿中MnO2的纯度(假设杂质不参与反应)：取agMnO2样品于锥形瓶中，加入适量稀硫酸，再加入V1mLc1mol·L－1Na2C2O4溶液(足量)，最后用c2mol·L－1的KMnO4溶液滴定剩余的Na2C2O4，达终点时消耗V2mL标准KMnO4溶液。①MnO2参与反应的离子方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________。②该样品中MnO2的质量分数为________________(假定杂质不参与反应，列出表达式即可)。答案 (1)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O(2)①B ②5(3)Mn＋Ni2＋===Mn2＋＋Ni(4)70(5)①MnO2＋4H＋＋C2O===Mn2＋＋2CO2↑＋2H2O8\n②×100%解析 (1)“氧化剂”发生反应是利用二氧化锰将亚铁离子氧化成铁离子，二氧化锰被还原为锰离子，根据得失电子守恒和原子守恒，该反应的离子方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O。(2)①中和剂是调节溶液pH除去杂质离子，且不引入新的杂质。A项，加入Al2O3会和酸反应，引入铝离子杂质，错误；B项，加入MgO和酸反应，能调节溶液pH且不引入新的杂质，正确；C项，加入H2SO4后不能使溶液pH升高而除去Fe3＋和Al3＋，且引入新的杂质，错误；D项，MnO2不能和稀酸反应，错误。②根据Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33、Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39可知，当铝离子全部沉淀时，铁离子已全部沉淀，结合氢氧化铝的溶度积常数可知，Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33＝c(Al3＋)·c3(OH－)＝1×10－6×c3(OH－)，解得c(OH－)＝1×10－9mol·L－1，则c(H＋)＝1×10－5mol·L－1，pH＝5。(3)“置换”中发生的反应是锰置换出单质镍，离子方程式为Mn＋Ni2＋===Mn2＋＋Ni。(4)据图可知，结晶与过滤过程中，体系温度均应维持在70℃，此时硫酸镁溶解度最大，硫酸锰溶解度小，便于析出硫酸锰晶体。(5)①MnO2与Na2C2O4在酸性条件下反应生成锰离子、二氧化碳和水，根据得失电子守恒和原子守恒，该反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋C2O===Mn2＋＋2CO2↑＋2H2O。②C2O在酸性条件下与MnO反应的离子方程式为：2MnO＋5C2O＋16H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，则剩余Na2C2O4的物质的量为c2V2×10－3mol，与MnO2反应的Na2C2O4的物质的量为(c1V1×10－3mol－c2V2×10－3)mol，由MnO2＋4H＋＋C2O===Mn2＋＋2CO2↑＋2H2O可知，MnO2的物质的量为(c1V1×10－3－c2V2×10－3)mol，质量为(c1V1×10－3－c2V2×10－3)mol×87g·mol－1＝(c1V1×10－3－c2V2×10－3)×87g，则该样品中MnO2的质量分数为×100%。4.(2022·濮阳市高三三模)稀土有工业“黄金”之称，我国稀土资源丰富。目前从氟碳铈矿(主要化学成分为CeFCO3)提取铈族稀土元素的冶炼处理工艺已经发展到十几种，其中一种提取铈的工艺流程如下：8\n已知：①焙烧后烧渣中含＋4价的铈及＋3价的其他稀土氟氧化物；②Ce4＋能与SO结合成[CeSO4]2＋，Ce4＋能被萃取剂[(HA)2]萃取。请回答下列问题：(1)CeFCO3中，Ce元素的化合价为________。(2)“酸浸Ⅰ”过程中CeO2转化为Ce3＋，且产生黄绿色气体，用稀硫酸和H2O2，替换HCl就不会造成环境污染。则稀硫酸、H2O2与CeO2反应的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)“沉淀”步骤中发生的反应为Ce(BF4)3(s)＋3KCl(aq)===3KBF4(s)＋CeCl3(aq)。已知Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分别为a、b，则该反应的平衡常数为________(用含a、b的代数式表示)。(4)“浸出液”中含有少量Ce4＋及其他稀土元素的离子，可以通过“萃取”与“反萃取”作进一步分离、富集各离子。“萃取”时Ce4＋与萃取剂[(HA)2]存在的反应为Ce4＋＋n(HA)2Ce(H2n－4A2n)＋4H＋。用D表示Ce4＋分别在有机层中与水层中存在形式的浓度之比：D＝，其他条件不变，在浸出液中加入不同量的Na2SO4以改变水层中的c(SO),D随浸出液中c(SO)增大而减小的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)“操作Ⅰ”后，向溶液中加入NaOH溶液，调节溶液的pH可获得Ce(OH)3沉淀，当溶液中离子浓度小于1.0×10－6mol·L－1时视为沉淀完全，常温下加入NaOH调节溶液的pH应大于________[已知：Ce(OH)3的Ksp＝8.0×10－21；lg2＝0.3]。(6)写出“氧化”步骤的化学方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________。(7)CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键成分，它能在还原气氛中供氧，在氧化气氛中耗氧，在尾气消除过程中发生着CeO2CeO2(1－x)＋xO2↑(0≤x≤0.25)的循环。写出CeO2消除CO尾气的化学方程式：____________________________________________________________8\n________________________________________________________________________。答案 (1)＋3(2)2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋4H2O＋O2↑(3)(4)随着c(SO)增大，水层中Ce4＋被SO结合成[CeSO4]2＋，c([CeSO4]2＋)增大，同时导致Ce4＋＋n(HA)2Ce(H2n－4A2n)＋4H＋向左(逆向)移动，致使c[Ce(H2n－4A2n)]减小(5)9.3(6)2Ce(OH)3＋NaClO＋H2O===2Ce(OH)4＋NaCl(7)2xCO＋CeO2===CeO2(1－x)＋2xCO2解析 (1)O显－2价，C显＋4价，F显－1价，整体化合价代数和为0，即Ce显＋3价。(2)CeO2中Ce的化合价由＋4价→＋3价，CeO2作氧化剂，H2O2作还原剂，H2O2被氧化成O2，根据化合价升降法进行配平，其离子反应方程式为2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋4H2O＋O2↑。(3)该反应的离子方程式为Ce(BF4)3(s)＋3K＋(aq)===3KBF4(s)＋Ce3＋(aq)，平衡常数K＝＝＝＝。(5)获得Ce(OH)3沉淀，c(OH－)＝＝mol·L－1＝2.0×10－5mol·L－1，pOH＝－lgc(OH－)＝4.7，即pH＝9.3，pH应大于9.3。(6)NaClO作氧化剂，把Ce(OH)3氧化成Ce(OH)4，自身被还原成Cl－，根据化合价升降法进行配平，化学方程式为2Ce(OH)3＋NaClO＋H2O===2Ce(OH)4＋NaCl。(7)根据信息，CO与氧气反应生成CO2，两式相加得到：2xCO＋CeO2===CeO2(1－x)＋2xCO2。8
