解密19 工艺流程题-备战2019年高考化学之高频考点解密（解析版）.doc

解密19 工艺流程题 高考考点 考查内容 三年高考探源 考查频率 无机化工生产流程题 1．了解化学与生活、材料、能源、环境、生命、信息技术等的关系。了解在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性 2．常见无机物及其综合应用 2018课标全国Ⅰ27； 2018课标全国Ⅱ26； 2018课标全国Ⅲ27； 2017课标全国Ⅰ27； 2017课标全国Ⅱ26； 2017课标全国Ⅲ27； 2016课标全国Ⅰ28； 2016课标全国Ⅲ28。 ★★★★★ 考点 无机化工生产流程题的解题策略 1．化工工艺流程题常见类型 （1）金属冶炼类，如冶炼铁、铜、锰和钨等金属，针对产品纯度测定、冶炼条件控制以及混合物的分离和提纯等设问。 （2）中学重要化工产品的制备类，如胆矾、绿矾、明矾、氧化铁、硝酸铜等物质的制备。 （3）模拟化工原理，设计实验类。如海水资源综合应用、石化工业、接触法制硫酸、合成氨、氨催化氧化法制硝酸和硅的精炼等原理。 2．问题设置与考查知识点 有关无机化工生产试题考查的内容主要有六个方面： （1）产品的生产原理：考查复分解反应、氧化还原反应、水解反应等。 （2）除去杂质及产品的分离提纯：考查物质分离提纯的实验操作。 （3）提高产量与产率(转化率)：考查化学反应速率和化学平衡。 （4）减少污染：考查绿色化学生产。 （5）原料的来源：考查物质的来源和成本问题。 （6）工艺生产：考查生产设备，生产工艺等。 要准确、顺利地解答无机化工生产流程题，同学们除了要掌握物质的性质、物质之间相互作用的基本知识以及除杂、分离、提纯物质的基本技能外，还要具备分析工艺生产流程的能力。 3．解答无机化工生产流程题的思维方法 （1）抓首尾，看中间 从原料到产品为一条龙的生产工序类试题，解题关键是认真对比分析原料与产品的组成，从中得出将原料转化为产品和除去原料中所含杂质的基本原理和所用的生产工艺。 （2）用交叉，看分流 有些化工生产选用多组原料，解题关键在于找准中间产品和相互交叉的流水生产线，在分析过程中，抓住中间产品的关联作用，逐一破解。 （3）明目的，读流程 化工工艺流程综合题目一般是有关物质的制备，解题时，首先明确是制取什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质，然后将基本概念和反应原理与元素及其化合物知识相结合，从质量守恒的角度分析未知物质，寻找解题的突破口。箭头进入的是投料(反应物)，箭头出来的是生成物。 （4）看控制，找分离 物质制备工艺都涉及物质的分离提纯，注意制备过程中所需的原料、条件的控制(如溶液pH与沉淀、溶度积常数与沉淀等)以及物质分离方法的选择(如过滤、萃取分液、蒸馏等)，尽可能写出主要的化学反应方程式或制备原理。若出现工艺评价问题，从成本、环保、现实等角度考虑分析即可。 4．解题要领必备 （1）识记化工术语 关键词 释义 研磨、雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分 灼烧(煅烧) 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿 浸取 向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少 酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程 水浸 与水接触反应或溶解 过滤 固体与液体的分离 滴定 定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定 蒸发结晶 蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出 蒸发浓缩 蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度 水洗 用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等 酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等 碱作用 去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH、促进水解(沉淀) （2）常见操作的答题考虑角度 常见的操作 答题要考虑的角度 分离、提纯 过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作 从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥) 提高原子利用率 绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用) 在空气中或在其他气体中进行的反应或操作 要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的 判断沉淀是否洗涤干净 取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等 控制溶液的pH ①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀) ②“酸作用”还可除去氧化物(膜) ③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等 ④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件) 控制温度(常用水浴、冰浴或油浴) ①防止副反应的发生 ②使化学平衡移动；控制化学反应的方向 ③控制固体的溶解与结晶 ④控制反应速率：使催化剂达到最大活性 ⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发 ⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离 ⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量 ⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源成本，降低对设备的要求 洗涤晶体 ①水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质 ②“冰水洗涤”：能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗 ③用特定的有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于析出，减少损耗等 ④洗涤沉淀方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次 表面处理 用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等 调研1 锶（Sr）为第五周期IIA族元素，其化合物六水氯化锶（SrCl2·6H2O）是实验室重要的分析试剂，工业上常以天青石（主要成分为SrSO4）为原料制备，生产流程如下： （1）工业上天青石焙烧前先研磨粉碎，其目的是_______________________________。 （2）工业上天青石隔绝空气高温焙烧，若0.5 mol SrSO4中只有S被还原，转移了4 mol电子。写出该反应的化学方程式：_____________________________________________。 （3）加入硫酸的目的是____________________________。为了提高原料的利用率，滤液中Sr2+的浓度应不高于_________ mol/L[注：此时滤液中Ba2+浓度为1×10−5 mol/L，Ksp(BaSO4)=1.1×10−10，Ksp(SrSO4)=3.3×10−7]。 （4）产品纯度检测：称取1.000 g产品溶解于适量水中，向其中加入含AgNO3 1.100×10−2 mol的AgNO3溶液（溶液中除Cl−外，不含其它与Ag+反应的离子），待Cl−完全沉淀后，用含Fe3+的溶液作指示剂，用0.2000 mol/L的NH4SCN标准溶液滴定剩余的AgNO3，使剩余的Ag+以AgSCN白色沉淀的形式析出。 ①滴定反应达到终点的现象是_________________________________________。 ②若滴定过程用去上述浓度的NH4SCN溶液20.00 mL，则产品中SrCl2·6H2O的质量百分含量为______________（保留4位有效数字）。 （5）工业上常用电解熔融SrCl2制锶单质。由SrCl2·6H2O制取无水氯化锶的方法是____________。 【答案】（1）增加反应物的接触面积，提高化学反应速率 （2）SrSO4+4CSrS+4CO↑ （3）除去溶液中Ba2+杂质 0.03 （4）①加1滴NH4SCN溶液溶液由无色变为红色，且30 s内不褪色 ②93.45% （5）加热SrCl2·6H2O失去结晶水至恒重（或灼烧等） 【解析】（1）天青石焙烧前先研磨粉碎，其目的是为了增加反应物的接触面积，提高化学反应速率，从而提高原料的转化率。 （2）在焙烧的过程中若只有0.5 mol SrSO4中只有S被还原，转移了4 mol电子，则1 mol的S转移8 mol的电子，由于在反应前元素的化合价为+6价，所以反应后元素的化合价为−2价，因此碳与天青石在高温下发生反应的化学方程式为：SrSO4+4CSrS+4CO↑。 （3）在用HCl溶解SrS后的溶液中加入硫酸的目的是除去溶液中Ba2+杂质；由于在Ba2+浓度为1×10−5 mol/L，BaSO4的溶度积常数为1.1×10−10，所以c()= mol/L=1.1×10−5 mol/L，而SrSO4的溶度积常数为3.3×10−7，所以c(Sr2+)= mol/L=3.0×10−2=0.03 mol/L。 （4）①若NH4SCN不再与Ag+结合形成AgSCN白色沉淀，溶液中就会含有过量的SCN−，会与Fe3+产生络合物，溶液变为红色，因此滴定达到终点时溶液由无色变为血红色，且30 s不褪色；②n(NH4SCN)=0.2000 mol/L×0.02 L=4.0×10−3 mol，Ag+以AgSCN白色沉淀的形式析出，所以溶液中剩余的Ag+的物质的量为：n(Ag+)=4.0×10−3 mol，则与Cl−反应的Ag+的物质的量为：n(Ag+)=1.100×10−2 mol−4.0×10−3 mol=7.0×10−3 mol，1.000 g产品中SrCl2·6H2O的物质的量为：n(SrCl2·6H2O)=×n(Ag+)=3.5×10−3 mol，1.000 g产品中SrCl2·6H2O的质量为：m(SrCl2·6H2O)=3.5×10−3mol×267 g/mol=0.9345 g，所以产品纯度为：×100%=93.45%。 （5）氯化锶属于强酸强碱盐，不能水解，由SrCl2·6H2O制取无水氯化锶，直接加热SrCl2·6H2O失去结晶水至恒重。 1．碳酸锂(相对分子质量74)广泛应用于化工、冶金等行业。工业上利用锂辉石(Li2Al2Si4Ox)制备碳酸锂的流程如下: 已知:碳酸锂的溶解度为(g·L-1) 温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 80 100 Li2CO3 1.54 1.43 1.33 1.25 1.17 1.08 1.01 0.85 0.72 请回答下列问题: （1）锂辉石(Li2Al2Si4Ox)可以用氧化物的形式表示其组成，形式为     。  （2）硫酸化焙烧温度控制在250~300 ℃，主要原因是  ；焙烧中硫酸用量控制在理论用量的115%左右，硫酸加入过多的副作用是   。  （3）水浸时，加入CaCO3粉末充分反应后过滤，滤渣的主要成分除CaCO3外，还有  。  （4）“沉锂”的化学方程式为  。  （5）“沉锂”需要在95 ℃以上进行，主要原因是       ，过滤碳酸锂所得母液中主要含有硫酸钠，还可能含有     和  。 【答案】（1）Li2O·Al2O3·4SiO2 （2）温度低于250 ℃，反应速率较慢；温度高于300 ℃，硫酸挥发较多 增加后续药品的消耗量 （3）CaSO4、SiO2、Al(OH)3 （4）Na2CO3+Li2SO4Li2CO3↓+Na2SO4 （5）温度越高，碳酸锂的溶解度越小，可以增加产率 碳酸钠、碳酸锂 【解析】 本题考查碳酸锂的制备流程分析。（1）改写复杂物质的化学式，抓住“三不变”:元素种类不变、原子个数不变、元素化合价不变。根据化合物中各元素化合价代数和为0，可确定Li2Al2Si4Ox中x=12，故锂辉石可用氧化物的形式表示为Li2O·Al2O3·4SiO2。 （2）温度低于250 ℃，反应速率较慢，由浓硫酸的沸点可知，若温度高于300 ℃，硫酸挥发较多，因此硫酸化焙烧温度控制在250~300 ℃。若硫酸加入过多，则会增加后续药品的消耗量。 （3）硫酸化焙烧生成了Li2SO4、Al2(SO4)3、SiO2，加入CaCO3，促进Al3+水解生成Al(OH)3，过量的硫酸与CaCO3反应生成CaSO4，故滤渣中的主要成分有CaCO3、CaSO4、SiO2和Al(OH)3。 （4）沉锂的反应是Li2SO4与Na2CO3反应生成Na2SO4和Li2CO3。 （5）从题给表中数据可知，升高温度，碳酸锂的溶解度减小，所以保持较高温度，可增加碳酸锂的产率。由沉锂的反应可知，母液中还可能含有碳酸钠、碳酸锂。 2．用废铅蓄电池的铅泥(含PbSO4、PbO和Pb等)可制备精细化工产品3PbO·PbSO4·H2O(三盐)，主要制备流程如下。 请回答下列问题： （1）铅蓄电池在生活中有广泛应用，其工作原理是Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。铅蓄电池在充电时，阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　。若铅蓄电池放电前正、负极质量相等，放电时转移了1 mol电子，则理论上两极质量之差为　　　　　。 （2）将滤液Ⅰ、滤液Ⅲ合并，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作，可得到一种结晶水合物(Mr=322)，其化学式为　　　　　　　　。 （3）步骤③酸溶时铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2及NO的离子方程式为　　　　　　　　　　　　；滤液Ⅱ中溶质的主要成分为　　　　　　　　(填化学式)。 （4）步骤⑥合成三盐的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。 （5）步骤⑦的洗涤操作中，检验沉淀是否洗涤完全的操作方法是　　　　　　　　　　　　。 （6）已知：常温下，Ksp(PbSO4)≈2.0×10−8，Ksp(PbCO3)≈1.0×10−13。在步骤①转化中，若硫酸铅和碳酸铅在浊液中共存，=　　　　。 【答案】（1）PbSO4+2H2O−2e−PbO2++4H+　16 g （2）Na2SO4·10H2O （3）3Pb+8 H++23Pb2++2NO↑+4H2O　HNO3 （4）4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O↓+3Na2SO4+2H2O （5）取少量最后一次洗涤后的滤液于试管中，滴加BaCl2溶液和盐酸，若产生白色沉淀，则沉淀未洗涤完全；若没有白色沉淀生成，则沉淀已洗涤完全 （6）2.0×105 【解析】审题时抓住流程中物质转化原理及铅蓄电池工作原理，分析元素化合价变化，弄清滤液和滤渣的主要成分，根据物质性质推断相关的化学反应；区别放电和充电，根据电极反应类型书写电极反应式。 （1）铅蓄电池在充电时，阳极上发生氧化反应，电极反应式为PbSO4+2H2O−2e−PbO2++4H+。放电时，正极的电极反应式为PbO2+2e−++4H+PbSO4+2H2O；负极的电极反应式为Pb−2e−+PbSO4。若转移2 mol电子，则正极材料净增质量为m(PbSO4)−m(PbO2)；负极材料净增质量为m(PbSO4)−m(Pb)，两极质量之差为m(O2)=32 g。所以，放电时转移1 mol电子，两极质量之差为16 g。 （2）滤液Ⅰ和滤液Ⅲ中的主要溶质是Na2SO4，由相对分子质量知，析出的结晶水合物为Na2SO4·10H2O。 （3）铅与硝酸反应类似铜与硝酸反应，铅与硝酸反应的离子方程式为3Pb+8H++23Pb2++2NO↑+4H2O；沉铅涉及的反应为Pb(NO3)2+H2SO4PbSO4↓+2HNO3。滤液Ⅱ中的溶质主要是HNO3。 （4）加入NaOH溶液，合成三盐的化学方程式为4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O↓+3Na2SO4+2H2O。 （5）沉淀表面有Na2SO4等杂质，检验滤液中是否含有，可以确定沉淀是否洗涤完全。 （6）PbSO4(s)+ (aq)PbCO3(s)+ (aq) K= ===2.0×105。 3．钨是熔点最高的金属，广泛应用于生活和工业生产。工业上，以白钨矿[主要成分是CaWO4(难溶于水)，含少量的Fe2O3、SiO2]为原料冶炼钨的流程如图所示： 已知：①CaWO4与碳酸钠共热发生复分解反应。 ②钨在高温下可与C(碳)反应生成硬质合金碳化钨(WC)。 （1）CaWO4中W的化合价为　　　　　　　　。 （2）粉碎白钨矿的目的是　　　　　　　　　(写两条)。加入碳酸钠并加热至1 000 ℃发生的反应有　　　　　　　　　　　　　　、Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑。 （3）向滤液A中加入稀盐酸调节pH时，如果pH太低，钨的产率　　　　　(填“升高”“降低”或“不变”)。 （4）工业上，可用一氧化碳、氢气或铝还原WO3冶炼W。理论上，等物质的量的CO、H2、Al作还原剂，可得到W的质量之比为　　　　　　　　　　　　　　　　。 （5）已知：含大量钨酸钙固体的溶液中存在CaWO4(s)Ca2+(aq)+ (aq)　ΔH。 T1 K时，pCa=−lg c(Ca2+)=5，当温度升高至T2 K时，pCa=5.5，则ΔH　　　　0(填“>”“<”或“=”)。T2 K时，Ksp(CaWO4)=　　　　　　　。 （6）工业上，可用电解法从碳化钨废料中回收钨。碳化钨作阳极，不锈钢作阴极，盐酸为电解质溶液，阳极析出滤渣D并放出CO2。写出阳极的电极反应式：　　　　　　　　　。 【答案】（1）+6 （2）增大反应物之间的接触面积，加快反应速率 CaWO4+Na2CO3+SiO2Na2WO4+CaSiO3+CO2↑ （3）降低 （4）2∶2∶3 （5）<　1.0×10−11 （6）WC−10e−+6H2OH2WO4+CO2↑+10H+ 【解析】（1）钨酸钙中O为−2价，Ca为+2价，故W为+6价。 （2）粉碎白钨矿的目的是增大反应物之间的接触面积，提高反应速率，提高矿粉的利用率。依题意，除题目给出的反应外，还有两个反应：CaWO4+Na2CO3CaO+Na2WO4+CO2↑、CaO+SiO2CaSiO3，两个反应相加得总反应方程式。 （3）如果反应液酸性太强，可能将钨转化成钨酸，与硅酸混在一起，导致W的产率降低。 （4）将WO3还原为W，1 mol一氧化碳、氢气、铝分别失去2 mol、2 mol、3 mol电子。等物质的量的还原剂失去的电子数与生成W的质量成正比。 （5）类似pH，pCa越大，c(Ca2+)越小。升高温度，c(Ca2+)减小，说明正反应是放热反应。T2 K时，c(Ca2+)=c()=1.0×10−5.5 mol·L−1，Ksp(CaWO4)=c(Ca2+)·c()=1.0×10−11。 （6）题述流程中，滤渣D为H2WO4。WC中W为+4价，C为−4价，阳极发生氧化反应，氧化产物有H2WO4和CO2，W的化合价升高2，C的化合价升高8，有水参与反应并生成H+。 4．兰尼镍是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金，被广泛用作有机物的氢化反应的催化剂。以红土镍矿为原料制备兰尼镍的工艺流程如图所示(部分反应条件和产物省略)： 已知：红土镍矿(主要成分为NiS、FeS和SiO2等)在高温下灼烧会生成Ni2O3、Fe2O3，酸浸液的溶质是NiSO4、Fe2(SO4)3。 回答下列问题： （1）滤渣A的主要成分是　　　(填化学式)。上述流程中氩气的作用是　　　　　　　。 （2）Ni2O3与硫酸反应生成NiSO4的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 （3）通入H2S发生还原反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。 （4）通入H2S生成NiS而不生成FeS，由此推知Ksp(NiS)　　　Ksp(FeS)(填“>”“<”或“=”)。 （5）NiSNi(CO)4Ni过程中碳元素化合价没有变化。写出NiS和CO在一定条件下反应的化学方程式　　　　　　　　　。 （6）参照上述流程图，从浸出液B中提取铝，循环利用。设计流程：　                                   。 【答案】（1）SiO2　作保护气 （2）2Ni2O3+4H2SO44NiSO4+O2↑+4H2O （3）2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+ （4）< （5）NiS+4CONi(CO)4+S （6）浸出液BAl(OH)3Al2O3Al 【解析】本题考查无机化工流程，意在考查考生的综合应用能力。 （1）原料中二氧化硅不和硫酸反应，滤渣A的主要成分是二氧化硅；在空气中熔融镍和铝，用氩气作保护气，避免镍、铝被空气中氧气氧化。 （2）三氧化二镍与稀硫酸反应，镍被还原，氧元素被氧化。反应产物为氧气、硫酸镍和水。 （3）H2S通入硫酸铁溶液中生成硫酸亚铁、硫和硫酸。 （4）在酸性条件下不能生成硫化亚铁，能生成硫化镍，说明硫化镍的溶度积小于硫化亚铁。 （5）依题意，硫化镍与CO反应生成硫和羰基镍，CO中碳、氧元素化合价都不变，故羰基镍中镍为0价，推知：硫化镍中硫元素被氧化，镍元素被还原，其反应过程分两步进行：NiSNi+S，Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)(反应条件省略)。 （6）浸出液B中含有偏铝酸钠，通入足量的CO2、过滤得到氢氧化铝，灼烧氢氧化铝生成氧化铝，电解氧化铝得到铝。 5．氟碳铈矿的主要化学成分为CeFCO3，它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。氟碳铈矿的冶炼处理工艺已经发展到数十种，其中一种提取铈的工艺流程如下： 已知：焙烧后烧渣中含+4价的铈及+3价的其他稀土氟氧化物;酸浸Ⅰ的浸出液中含少量的+3价的铈。 请回答下列问题： （1）焙烧前将矿石粉碎成细颗粒的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （2）在生产过程中，酸浸Ⅰ中会产生黄绿色气体，污染环境、腐蚀设备，写出产生黄绿色气体的离子方程式：　　　　　　　　　　　　　，提出一种解决的方案：　　　　　　　　　　　　　　。 （3）实验室中进行操作Ⅰ所用玻璃仪器名称：　　　　　　　;在操作Ⅰ后的溶液中加入NaOH溶液是为了调节溶液pH获得Ce(OH)3，测定该溶液pH的操作是　　　　　　　　　　，然后与标准比色卡对比。 （4）已知有机物HT能将Ce3+从水溶液中萃取出来，该过程可表示为： 2Ce3+(水层)+6HT(有机层)2CeT3(有机层)+6H+(水层) 从平衡角度解释：萃取过程中向混合液中加入稀硫酸获得较纯的含Ce3+的水溶液的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （5）常温下，含Ce3+溶液加碱调至pH=8时，c(Ce3+)=b mol·L−1，已知Ce(OH)3的溶度积=a，则a和b的关系是　　　　　　　　　　　　。 （6）取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.45 g，加硫酸溶解后，用0.100 0 mol·L−1 FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3+)，消耗20.00 mL标准溶液。该产品中Ce(OH)4的质量分数为　　　　[Ce(OH)4的相对分子质量为208，结果保留两位有效数字]。 【答案】（1）增大固体与空气的接触面积，增大反应速率;提高原料的转化率 （2）2Ce4++2Cl−2Ce3++Cl2↑　用H2SO4酸浸 （3）漏斗、烧杯、玻璃棒 取一小片pH试纸放在干燥洁净的表面皿上，用玻璃棒蘸取该溶液点在pH试纸的中央 （4）混合液中加入稀H2SO4使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+的方向移动 （5）a=10−18b　（6）92% 【解析】本题以提取铈的工艺流程为载体，考查影响反应速率的因素、氯元素及其化合物性质、过滤、测pH的基本实验操作、化学平衡原理、溶度积计算和滴定实验的计算问题。 （1）对于有固体参加的反应来说，固体表面积越大，反应速率越快。 （2）在生产过程中，酸浸Ⅰ中会产生黄绿色气体，说明Ce4+具有强氧化性，可将Cl−氧化为Cl2，为避免污染环境、腐蚀设备，应用非还原性的酸进行酸浸。 （3）操作Ⅰ为过滤操作;实验室测定pH时不能把试纸直接放入试液中。 （4）从增加反应物或生成物的浓度对平衡移动的影响的角度进行分析。 （5）根据Ksp=c(Ce3+)·c3(OH−)=b·(10−6)3=a。 （6）根据反应Fe2++Ce4+Fe3++Ce3+可知，n[Ce(OH)4]=n(FeSO4)=0.100 0 mol·L−1×20.00 mL×10−3 L·mL−1=2×10−3 mol，m[Ce(OH)4]=2×10−3 mol×208 g·mol−1=0.416 g，Ce(OH)4的质量分数为0.416 g÷0.45 g×100%=92%。 6．工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示： 已知：①菱锰矿的主要成分是MnCO3，其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。 ②Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2，Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。 ③焙烧过程中主要反应为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。 （1）结合图1、2、3，分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、分别为　　　　　、　　　　　、　　　　　　　。 （2）对浸出液净化除杂时，需先加入MnO2将Fe2+转化为Fe3+，再调节溶液pH的范围为　　　　　　　，将Fe3+和Al3+变为沉淀而除去，然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为氟化物沉淀除去。 （3）“碳化结晶”步骤中，加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 （4）上述流程中可循环使用的物质是　　　　　　　　。 （5）现用滴定法测定浸出液中Mn2+的含量。实验步骤：称取1.000 g试样，向其中加入稍过量的磷酸和硝酸，加热使反应2Mn2+++4+2H+2[Mn(PO4)2]3−++H2O充分进行；加入稍过量的硫酸铵，发生反应+N2↑+2H2O以除去；加入稀硫酸酸化，用2.00 mol·L−1 10.00 mL硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定，发生的反应为[Mn(PO4)2]3−+Fe2+Mn2++ Fe3++2；用0.10 mol·L−110.00 mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2+。 ①酸性K2Cr2O7溶液与Fe2+反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　(还原产物是Cr3+)。 ②试样中锰的质量分数为　　　　　　　。 【答案】（1）500 ℃　60 min　1.10 （2）4.7≤pH<8.1 （3）Mn2++2MnCO3↓+ CO2↑+H2O （4）NH4Cl （5）①6Fe2+++14H+6Fe3++2Cr3++7H2O　②77% 【解析】本题考查无机化工流程，意在考查考生分析和解决化学问题的能力。 （1）随着温度的升高，锰浸出率逐渐升高，但是500 ℃以后，锰浸出率增加缓慢，并且在500 ℃时，锰浸出率已超过95%。从节约能源的角度考虑，焙烧温度取500 ℃即可；焙烧时间为60 min时锰浸出率较大，超过60 min锰浸出率趋于平缓，因此，实验选择最佳的焙烧时间为60 min；当氯化铵与菱锰矿粉质量比为1.10∶1时，锰浸出率已经很高，继续增加氯化铵用量，锰浸出率提高不明显，因此，氯化铵与菱锰矿粉最佳质量比为1.10∶1。 （2）Fe3+和Al3+完全沉淀的pH分别是3.2、4.7，调节pH不能使Mn2+沉淀，所以pH的范围是4.7≤pH<8.1。 （4）蒸发浓缩、冷却结晶后得到的氯化铵可以循环使用。 （5）②首先根据关系式6Fe2+~计算出过量的Fe2+为0.006 0 mol，然后得出与[Mn(PO4)2]3−反应的Fe2+为0.020 0 mol−0.006 0 mol=0.014 mol，根据关系式Mn2+~[Mn(PO4)2]3−~Fe2+计算得出n(Mn2+)=0.014 mol，试样中的m(Mn)=0.014 mol×55 g·mol−1=0.77 g，故试样中锰的质量分数为77%。 【备注】无机化工流程题是一种综合性较强的题型，考查元素化合物的性质、氧化还原反应、离子方程式等，有时还涉及计算，难度较大。 1．[2018新课标Ⅰ卷]焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题： （1）生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式__________。 （2）利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为： ①pH=4.1时，Ⅰ中为__________溶液（写化学式）。 ②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是__________。 （3）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_____________。电解后，_____________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。 （4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00 mL葡萄酒样品，用0.01000 mol·L−1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为_____________，该样品中Na2S2O5的残留量为____________g·L−1（以SO2计）。 【答案】（1）2NaHSO3Na2S2O5+H2O （2）①NaHSO3 ②得到NaHSO3过饱和溶液 （3）2H2O－4e－4H++O2↑ a （4）+2I2+3H2O 2+4I－+6H+ 0.128 【解析】分析：（1）根据原子守恒书写方程式； （2）①根据溶液显酸性判断产物； ②要制备焦亚硫酸钠，需要制备亚硫酸氢钠过饱和溶液，据此判断； （3）根据阳极氢氧根放电，阴极氢离子放电，结合阳离子交换膜的作用解答； （4）焦亚硫酸钠与单质碘发生氧化还原反应，据此书写方程式；根据方程式计算残留量。 详解：（1）亚硫酸氢钠过饱和溶液脱水生成焦亚硫酸钠，根据原子守恒可知反应的方程式为2NaHSO3＝Na2S2O5+H2O； （2）①碳酸钠饱和溶液吸收SO2后的溶液显酸性，说明生成物是酸式盐，即Ⅰ中为NaHSO3； ②要制备焦亚硫酸钠，需要制备亚硫酸氢钠过饱和溶液，因此工艺中加入碳酸钠固体、并再次充入二氧化硫的目的是得到NaHSO3过饱和溶液； （3）阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根放电，则电极反应式为2H2O－4e－＝4H＋+O2↑。阳极区氢离子增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸钠。阴极是氢离子放电，氢氧根浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。 （4）单质碘具有氧化性，能把焦亚硫酸钠氧化为硫酸钠，反应的方程式为S2O52－+2I2+3H2O＝2SO42－+4I－+6H＋；消耗碘的物质的量是0.0001mol，所以焦亚硫酸钠的残留量（以SO2计）是。 点睛：本题以焦亚硫酸钠的制备、应用为载体考查学生对流程的分析、电解原理的应用以及定量分析等，题目难度中等。难点是电解池的分析与判断，注意结合电解原理、交换膜的作用、离子的移动方向分析电极反应、亚硫酸氢钠浓度的变化。易错点是最后一问，注意计算残留量时应该以二氧化硫计，而不是焦亚硫酸钠。 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： 金属离子 Fe3+ Fe2+ Zn2+ Cd2+ 开始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 7.4 沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 9.4 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）ZnS+O2ZnO+SO2 （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】分析：焙烧时硫元素转化为SO2，然后用稀硫酸溶浸，生成硫酸锌、硫酸亚铁和硫酸镉，二氧化硅与稀硫酸不反应转化为滤渣，由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣1中还含有硫酸铅。由于沉淀亚铁离子的pH较大，需要将其氧化为铁离子，通过控制pH得到氢氧化铁沉淀；滤液中加入锌粉置换出Cd，最后将滤液电解得到金属锌，据此将解答。 详解：（1）由于闪锌矿的主要成分是ZnS，因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为ZnS+O2ZnO+SO2。 （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。 点睛：无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。解决本类题目的关键是分析流程中的每一步骤，可从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。即抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务的。另外本题中呈现的内容展示了中华优秀科技成果对人类发展和社会进步的贡献，可以引导学生自觉传承我国科学文化，弘扬科学精神。 3．[2018新课标Ⅲ卷] KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题： （1）KIO3的化学名称是_______。 （2）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示： “酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是________。“滤液”中的溶质主要是_______。“调pH”中发生反应的化学方程式为__________。 （3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。 ①写出电解时阴极的电极反应式______。 ②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_________，其迁移方向是由_____________。 ③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有______________（写出一点）。 【答案】（1）碘酸钾 （2）加热 KCl KH(IO3)2+KOH2KIO3