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题型突破4　无机化工微流程分析
1.(2024·黑吉辽卷)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是(　　)
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度/(g·L-1) 145 0.03 1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2===2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
2.(2024·北京卷)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是(　　)
A.Ⅰ的化学方程式:3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2
B.Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
3.(2023·浙江6月选考)苯甲酸是一种常用的食品防腐剂。某实验小组设计粗苯甲酸(含有少量NaCl和泥沙)的提纯方案如下:
粗苯甲酸悬浊液滤液苯甲酸
下列说法不正确的是(　　)
A.操作Ⅰ中依据苯甲酸的溶解度估算加水量
B.操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和NaCl
C.操作Ⅲ缓慢冷却结晶可减少杂质被包裹
D.操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体
4.(2023·河北卷)一种以锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下:
已知:室温下相关物质的Ksp如下表。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Mn(OH)2 MgF2 CaF2
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3 10-38.6 10-12.7 10-10.3 10-8.3
下列说法错误的是(　　)
A.酸浸工序中产生的气体①为氯气
B.滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3
C.除杂②工序中逐渐加入NaF溶液时,若Ca2+、Mg2+浓度接近,则CaF2先析出
D.沉淀工序中发生反应的离子方程式为Mn2++2HC===MnCO3↓+CO2↑+H2O
5.(2023·湖南卷)处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下:
已知:①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。
下列说法错误的是(　　)
A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B.Na2S溶液呈碱性,其主要原因是S2-+H2OHS-+OH-
C.“沉淀池Ⅱ”中,当Cu2+和Zn2+完全沉淀时,溶液中=4.0×10-12
D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后,可用作工业冷却循环用水
1.化工微流程中的“四线”分析
(1)试剂线:分清各步加入试剂的作用,一般是为了除去杂质或进行目标元素及其化合物间的转化等。
(2)操作线:分离杂质和产品需要进行的分离、提纯操作等。
(3)杂质线:分清各步去除杂质的种类,杂质的去除顺序、方法及条件等。
(4)产品线:工艺流程主线,关注目标元素及其化合物在各步发生的反应或进行分离、提纯的操作方法,实质是目标元素及其化合物的转化。
2.化工微流程中的常见试剂与杂质
(1)试剂
需要掌握常见试剂的类型、作用和相关反应,也可称为反应线。常见试剂及其作用如表所示。
类别 常见试剂 作用
氧化剂 KMnO4、K2Cr2O7、Cl2、HNO3、Fe3+、空气(O2)、H2O2 氧化某物质以除去杂质或获得产品
还原剂 SO2、S、I-、Fe2+、金属单质、H2O2、HCl 还原某物质以除去杂质或获得产品
酸 H2SO4、HCl、HNO3 利用酸溶解或除去某物质或获得产品
碱 NaOH、NH3·H2O 利用碱溶解或除去某物质或获得产品
其他 氧化物(CuO、MgO)、NaF等 除去某物质或得到产品
(2)杂质
对于矿物质而言,测定元素组成后,即可确定杂质。常见杂质及其除杂方式如表所示。
杂质的核心元素 去除方式
Fe、Al等金属元素 调pH
SiO2 直接过滤除去或转化为H2SiO3
Mg、Ca等金属元素 利用NaF溶液,转化为氟化物沉淀
Mn 可以转化为氟化物沉淀,也可以转化为MnO2
3.原料预处理阶段各操作的目的
研磨、 粉碎等 增大反应物的接触面积,增大反应速率,提高原料转化率、利用率、浸取率
灼烧(煅 烧、焙烧) 除去有机物;使无机物分解为金属氧化物等,便于后续浸取、溶解
浸取 水浸:分离水溶性和非水溶性的物质
酸浸:溶解金属、金属氧化物、调节pH促进某离子的水解而转化为沉淀
碱浸:除去油污、溶解酸性氧化物、溶解铝及其化合物、调节pH等
1.(2023·海南华侨中学质检)锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等)可用于湿法制锌,其流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.“酸浸”中ZnFe2O4发生的反应为ZnFe2O4+8H+===Zn2++2Fe3++4H2O
B.可用ZnS除去溶液中的Cu2+的依据是Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)
C.为提高生产效率,“酸浸”“净化Ⅰ”“净化Ⅱ”的反应温度越高越好
D.“电解”的产物之一可用于替换“净化Ⅰ”中的H2O2
2.(2023·烟台高三模拟)用绿矾(FeSO4·7H2O)制备电池电极材料LiFePO4的流程如下:
下列说法正确的是(　　)
A.反应2中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
B.洗涤沉淀时可用玻璃棒搅拌
C.可用酸性KMnO4溶液检验反应1中Fe2+是否完全反应
D.溶解过程中H3PO4可抑制Fe2+的水解
3.(2024·河北唐山一模)从废催化剂中回收贵金属和有色金属,不仅所得金属品位高,而且投资少、效益高。以废锆催化剂(含ZrO2、Y2O3及Fe的氧化物)为原料回收氧化锆和氧化钇的部分工艺如下:
已知:(1)ZrO2、Y2O3可溶于热的浓硫酸溶液;
(2)聚乙二醇可与Fe3+形成红褐色配合物,便于“离心萃取”操作进行。
下列说法错误的是(　　)
A.“焙烧”时,加入硫酸的浓度不宜过小,以将金属氧化物完全转化为硫酸盐进入溶液
B.“离心萃取”前,加入H2O2溶液,目的是将可能存在的Fe2+氧化为Fe3+,便于离心分离
C.“红褐色溶液a”的主要成分为Fe(OH)3胶体,激光笔照射时会出现丁达尔效应
D.“煅烧分解”时,化学方程式为Y2(C2O4)3Y2O3+3CO↑+3CO2↑
4.(2023·河南郑州一模)以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
下列说法错误的是(　　)
A.浸渣中的物质是Fe3O4、SiO2和CaSO4
B.“净化除杂”需先加H2O2溶液再调节溶液的pH
C.操作a为蒸发浓缩、冷却结晶
D.“粗硼酸”中的主要杂质是七水硫酸镁
5.(2023·辽宁丹东质监)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下:
已知浸出液中主要金属阳离子为Ni2+、Co2+、Cr3+、Fe2+,下列说法正确的是(　　)
A.“浸出”产生的气体主要为SO2
B.“滤渣1”的主要成分为NiS、CoS
C.“沉铁”步骤主要反应的离子方程式为Fe2++C2===FeC2O4↓
D.整个流程中铬元素先被氧化为+6价,后被还原为+3价
6.(2024·浙江嘉兴联考)一水硫酸四氨合铜(Ⅱ)的化学式为[Cu(NH3)4]SO4·H2O是一种重要的染料及农药中间体。某学习小组以废铜料(含少量铁及难溶性杂质)为主要原料合成该物质,合成路线如下:
下列说法不正确的是(　　)
A.操作Ⅰ中发生的主要反应为Fe+H2O2+2H+===Fe2++2H2O
B.操作Ⅱ中趁热过滤除去的是难溶性杂质和氢氧化铁
C.操作Ⅲ中洗涤可用乙醇和水的混合液,干燥可采用减压干燥方式
D.设计操作Ⅳ的目的是为了提高乙醇的利用率
7.(2024·浙江镇海中学调研)以工业废铜泥[主要成分为CuS、Cu2S、Cu2(OH)2CO3,含少量Fe]为主要原料制备CuCl产品的工艺流程如下。下列说法错误的是(　　)
A.除杂时,应在加入稀NaOH溶液前加入稍过量的过氧化氢溶液
B.在“除杂”后、“过滤”前应适当加热以保证除杂效果
C.由核外电子排布知Cu(Ⅰ)比Cu(Ⅱ)稳定,但水相中少见Cu(Ⅰ)化合物的原因是Cu(Ⅰ)在水相中易歧化
D.洗涤时,应当用浓盐酸洗涤以减少CuCl产品在洗涤过程中的损失
题型突破4　无机化工微流程分析
1.(2024·黑吉辽卷)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是(　　)
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度/(g·L-1) 145 0.03 1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2===2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
答案　C
解析　结合“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变并产生CuCl固体,可推断“脱氯”时Cu和Cu2+发生归中反应并结合Cl-生成CuCl沉淀,离子方程式为Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl,则“浸铜”时铜屑不能完全溶解,A错误,C正确;“浸铜”时Cu与H2O2在酸性条件下反应生成Cu2+和H2O,离子方程式为Cu+2H++H2O2===Cu2++2H2O,B错误;脱氯液中含大量的Zn2+,净化后电解,Zn2+在阴极上得电子生成单质Zn,D错误。
2.(2024·北京卷)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是(　　)
A.Ⅰ的化学方程式:3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2
B.Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
答案　B
解析　黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应,生成SO2和Fe3O4,SO2和空气中的O2在400~500 ℃、常压、催化剂的作用下发生反应得到SO3,用98.3%的浓硫酸吸收SO3,得到H2SO4。A.反应Ⅰ是黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应,生成SO2和Fe3O4,化学方程式:3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2,故A正确;B.反应Ⅱ条件要兼顾平衡转化率和反应速率,还要考虑生产成本,如Ⅱ中“常压、催化剂”不是为了提高SO2平衡转化率,故B错误;C.将黄铁矿换成硫黄,则不再产生Fe3O4,即可以减少废渣产生,故C正确;D.硫酸工业产生的尾气为SO2、SO3,可以用碱液吸收,故D正确。
3.(2023·浙江6月选考)苯甲酸是一种常用的食品防腐剂。某实验小组设计粗苯甲酸(含有少量NaCl和泥沙)的提纯方案如下:
粗苯甲酸悬浊液滤液苯甲酸
下列说法不正确的是(　　)
A.操作Ⅰ中依据苯甲酸的溶解度估算加水量
B.操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和NaCl
C.操作Ⅲ缓慢冷却结晶可减少杂质被包裹
D.操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体
答案　B
解析　苯甲酸微溶于冷水,易溶于热水。粗苯甲酸中混有泥沙和氯化钠,加水、加热溶解,苯甲酸、NaCl溶解在水中,泥沙不溶,从而形成悬浊液;趁热过滤出泥沙,同时防止苯甲酸结晶析出;将滤液冷却结晶,大部分苯甲酸结晶析出,氯化钠仍留在母液中;过滤、用冷水洗涤,便可得到纯净的苯甲酸。A.操作Ⅰ中,为减少能耗、减少苯甲酸的溶解损失,溶解所用水的量需加以控制,可依据苯甲酸的大致含量、溶解度等估算加水量,A正确;B.操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙,同时防止苯甲酸结晶析出,NaCl含量少,通常不结晶析出,B不正确;C.操作Ⅲ缓慢冷却结晶,可形成较大的苯甲酸晶体颗粒,同时可减少杂质被包裹在晶体颗粒内部,C正确;D.苯甲酸微溶于冷水,易溶于热水,所以操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体,既可去除晶体表面吸附的杂质离子,又能减少溶解损失,D正确。
4.(2023·河北卷)一种以锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下:
已知:室温下相关物质的Ksp如下表。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Mn(OH)2 MgF2 CaF2
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3 10-38.6 10-12.7 10-10.3 10-8.3
下列说法错误的是(　　)
A.酸浸工序中产生的气体①为氯气
B.滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3
C.除杂②工序中逐渐加入NaF溶液时,若Ca2+、Mg2+浓度接近,则CaF2先析出
D.沉淀工序中发生反应的离子方程式为Mn2++2HC===MnCO3↓+CO2↑+H2O
答案　C
解析　由图知锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)加入浓盐酸进行酸浸,Mn2O3、铝、镁、钙、铁的氧化物均生成对应的盐,由于Mn2O3具有氧化性,能将盐酸中的氯离子氧化为氯气,故气体①用氢氧化钠溶液进行吸收,防止污染环境,加氨水调节pH为5~6,由表中数据知,可将铁和铝沉淀而除去,故滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3,再向滤液中加入氟化钠溶液,可将镁和钙以氟化物的形式除去,滤渣②为氟化钙和氟化镁,此时滤液中主要成分为氯化锰,加入碳酸氢钠溶液,发生Mn2++2HC===MnCO3↓+CO2↑+H2O,将锰离子沉淀,得到纯度较高的碳酸锰。由分析知,Mn2O3与浓盐酸反应生成Mn2+和Cl2,A正确;结合表中数据可知,除杂①工序中调pH为5~6,此时会产生Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀,B正确;由于Ksp(MgF2)5.(2023·湖南卷)处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下:
已知:①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉 淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉 淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。
下列说法错误的是(　　)
A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B.Na2S溶液呈碱性,其主要原因是S2-+H2OHS-+OH-
C.“沉淀池Ⅱ”中,当Cu2+和Zn2+完全沉淀时,溶液中=4.0×10-12
D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后,可用作工业冷却循环用水
答案　D
解析　污水中含有铜离子、三价铁离子、锌离子、铝离子,首先加入石灰乳除掉三价铁离子和部分铝离子,过滤后,加入硫化钠除去其中的铜离子和锌离子,再次过滤后即可达到除去其中杂质的目的,以此解题。A.根据分析可知当pH=1.9时氢氧化铁开始沉淀,当pH=3.5时氢氧化铝开始沉淀,当pH=4时,则会生成氢氧化铝和氢氧化铁,即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3,A正确;B.硫化钠溶液中的硫离子可以水解,产生氢氧根离子,使溶液显碱性,其第一步水解的方程式为:S2-+H2OHS-+OH-,B正确;C.当铜离子和锌离子完全沉淀时,说明硫化铜和硫化锌都达到了沉淀溶解平衡,则====4×10-12,C正确;D.污水经过处理后其中含有较多的钙离子,故“出水”应该经过阳离子交换树脂软化处理,达到工业冷却循环用水的标准后,才能使用,D错误。
命题立意:试题以工业生产、污染物处理中物质的转化为素材,考查学生对元素化合物的性质、化学实验的基本操作和化学基本概念等知识的掌握程度。此类试题以物质转化的工艺流程为载体,在相对陌生、简单的情景下,考查学生信息获取与加工、逻辑推理与论证能力。
1.化工微流程中的“四线”分析
(1)试剂线:分清各步加入试剂的作用,一般是为了除去杂质或进行目标元素及其化合物间的转化等。
(2)操作线:分离杂质和产品需要进行的分离、提纯操作等。
(3)杂质线:分清各步去除杂质的种类,杂质的去除顺序、方法及条件等。
(4)产品线:工艺流程主线,关注目标元素及其化合物在各步发生的反应或进行分离、提纯的操作方法,实质是目标元素及其化合物的转化。
2.化工微流程中的常见试剂与杂质
(1)试剂
需要掌握常见试剂的类型、作用和相关反应,也可称为反应线。常见试剂及其作用如表所示。
类别 常见试剂 作用
氧化剂 KMnO4、K2Cr2O7、Cl2、HNO3、Fe3+、空气(O2)、H2O2 氧化某物质以除去杂质或获得产品
还原剂 SO2、S、I-、Fe2+、金属单质、H2O2、HCl 还原某物质以除去杂质或获得产品
酸 H2SO4、HCl、HNO3 利用酸溶解或除去某物质或获得产品
碱 NaOH、NH3·H2O 利用碱溶解或除去某物质或获得产品
其他 氧化物(CuO、MgO)、NaF等 除去某物质或得到产品
(2)杂质
对于矿物质而言,测定元素组成后,即可确定杂质。常见杂质及其除杂方式如表所示。
杂质的核心元素 去除方式
Fe、Al等金属元素 调pH
SiO2 直接过滤除去或转化为H2SiO3
Mg、Ca等金属元素 利用NaF溶液,转化为氟化物沉淀
Mn 可以转化为氟化物沉淀,也可以转化为MnO2
3.原料预处理阶段各操作的目的
研磨、 粉碎等 增大反应物的接触面积,增大反应速率,提高原料转化率、利用率、浸取率
灼烧(煅 烧、焙烧) 除去有机物;使无机物分解为金属氧化物等,便于后续浸取、溶解
浸取 水浸:分离水溶性和非水溶性的物质
酸浸:溶解金属、金属氧化物、调节pH促进某离子的水解而转化为沉淀
碱浸:除去油污、溶解酸性氧化物、溶解铝及其化合物、调节pH等
1.(2023·海南华侨中学质检)锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等)可用于湿法制锌,其流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.“酸浸”中ZnFe2O4发生的反应为ZnFe2O4+8H+===Zn2++2Fe3++4H2O
B.可用ZnS除去溶液中的Cu2+的依据是Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)
C.为提高生产效率,“酸浸”“净化Ⅰ”“净化Ⅱ”的反应温度越高越好
D.“电解”的产物之一可用于替换“净化Ⅰ”中的H2O2
答案　C
解析　锌焙砂中含有ZnO、ZnFe2O4、FeO、CuO,加入硫酸酸浸,ZnO、FeO、CuO转化成相应的硫酸盐,ZnFe2O4与硫酸反应生成Zn2+、Fe3+,加入过氧化氢,将Fe2+氧化成Fe3+,加入ZnO调节pH,使Fe3+以Fe(OH)3的形式沉淀出来,过滤,向滤液中加入过量ZnS,将Cu2+以CuS的形式沉淀出来,据此分析。ZnFe2O4与H2SO4反应的离子方程式为ZnFe2O4+8H+===Zn2++2Fe3++4H2O,A正确;净化Ⅱ的目的是将Cu2+以CuS的形式沉淀出来,发生反应:ZnS(s)+Cu2+(aq)CuS(s)+Zn2+(aq),推出Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),B正确;过氧化氢受热易分解,温度过高,过氧化氢分解,造成原料浪费,因此不是反应温度越高越好,C错误;净化Ⅱ得到的溶质主要为ZnSO4,电解硫酸锌溶液,阴极电极反应式为Zn2++2e-===Zn,阳极电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,氧气具有强氧化性,能将Fe2+氧化成Fe3+,因此氧气可以替换过氧化氢,D正确。
2.(2023·烟台高三模拟)用绿矾(FeSO4·7H2O)制备电池电极材料LiFePO4的流程如下:
下列说法正确的是(　　)
A.反应2中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
B.洗涤沉淀时可用玻璃棒搅拌
C.可用酸性KMnO4溶液检验反应1中Fe2+是否完全反应
D.溶解过程中H3PO4可抑制Fe2+的水解
答案　D
解析　反应2中H2C2O4将FePO4还原为LiFePO4,Fe元素由+3价下降到+2价,C元素由+3价上升到+4价,FePO4为氧化剂,H2C2O4为还原剂,根据得失电子守恒可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1,A错误;洗涤沉淀时用玻璃棒搅拌容易把滤纸捣破,B错误;反应1中NaClO将Fe2+氧化为Fe3+,NaClO转化为NaCl,Cl-也能使酸性KMnO4溶液褪色,不能用酸性KMnO4溶液检验反应1中Fe2+是否完全反应,C错误;Fe2+在水溶液中会发生水解,溶解过程中H3PO4可以电离出氢离子,抑制Fe2+的水解,D正确。
3.(2024·河北唐山一模)从废催化剂中回收贵金属和有色金属,不仅所得金属品位高,而且投资少、效益高。以废锆催化剂(含ZrO2、Y2O3及Fe的氧化物)为原料回收氧化锆和氧化钇的部分工艺如下:
已知:(1)ZrO2、Y2O3可溶于热的浓硫酸溶液;
(2)聚乙二醇可与Fe3+形成红褐色配合物,便于“离心萃取”操作进行。
下列说法错误的是(　　)
A.“焙烧”时,加入硫酸的浓度不宜过小,以将金属氧化物完全转化为硫酸盐进入溶液
B.“离心萃取”前,加入H2O2溶液,目的是将可能存在的Fe2+氧化为Fe3+,便于离心分离
C.“红褐色溶液a”的主要成分为Fe(OH)3胶体,激光笔照射时会出现丁达尔效应
D.“煅烧分解”时,化学方程式为Y2(C2O4)3Y2O3+3CO↑+3CO2↑
答案　C
解析　废锆催化剂(含ZrO2、Y2O3及Fe的氧化物)焙烧后加浓硫酸,ZrO2、Y2O3以及铁的氧化物均可溶于热的浓硫酸溶液生成硫酸盐;焙烧后固体加聚乙二醇、硫酸铵,聚乙二醇可与Fe3+形成红褐色配合物,然后进行离心萃取,得到红褐色溶液a;分离后所得盐溶液进行浓缩结晶得到硫酸锆晶体,晶体分解得到ZrO2,浓缩得到的母液加氨水调节pH值将钇沉淀,再加草酸调节pH值实现沉淀转化,得到Y2(C2O4)3,再经煅烧分解得到Y2O3,据此分析解答。A.根据信息(1),硫酸浓度不宜太小,否则有可能导致ZrO2溶解不充分,影响后续回收,正确;B.过氧化氢为氧化剂,将亚铁离子氧化为铁离子,根据形成配合物与溶液在溶剂中的分配系数不同,便于离心分离,正确;C.红褐色溶液a为聚乙二醇与Fe3+形成的配合物,错误;D.沉淀转化,说明氢氧化钇转化为草酸钇,煅烧分解成氧化钇,Y2(C2O4)3Y2O3+3CO↑+3CO2↑,正确。
4.(2023·河南郑州一模)以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
下列说法错误的是(　　)
A.浸渣中的物质是Fe3O4、SiO2和CaSO4
B.“净化除杂”需先加H2O2溶液再调节溶液的pH
C.操作a为蒸发浓缩、冷却结晶
D.“粗硼酸”中的主要杂质是七水硫酸镁
答案　A
解析　以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3),根据流程可知,加硫酸溶解,只有SiO2不溶,CaO转化为微溶于水的CaSO4,“净化除杂”需先加入氧化剂,将Fe2+氧化为Fe3+,调节溶液的pH,使Fe3+、Al3+均转化为沉淀,则滤渣为氢氧化铝、氢氧化铁,然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出H3BO3。由分析可知,“浸渣”为SiO2、CaSO4,A错误;“净化除杂”先加H2O2溶液将Fe2+转化为Fe3+,再调节溶液的pH,生成氢氧化铝和氢氧化铁沉淀,B正确;由分析可知,操作a为蒸发浓缩、冷却结晶,C正确;最后浓缩结晶时硫酸镁易结合水以晶体析出,则粗硼酸中的主要杂质是七水硫酸镁,D正确。
5.(2023·辽宁丹东质监)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下:
已知浸出液中主要金属阳离子为Ni2+、Co2+、Cr3+、Fe2+,下列说法正确的是(　　)
A.“浸出”产生的气体主要为SO2
B.“滤渣1”的主要成分为NiS、CoS
C.“沉铁”步骤主要反应的离子方程式为Fe2++C2===FeC2O4↓
D.整个流程中铬元素先被氧化为+6价,后被还原为+3价
答案　B
解析　加入稀硫酸溶解合金,产生的气体为氢气,A错误;共有四种金属,由流程可知,沉铁后分离出硫酸铬,则“除杂”的目的是除去Ni、Co元素,所以“滤渣1”的主要成分为NiS、CoS,B正确;草酸是一种弱酸,不能拆,正确的离子方程式为Fe2++H2C2O4===FeC2O4↓+2H+,C错误;流程中未产生六价铬化合物,D错误。
6.(2024·浙江嘉兴联考)一水硫酸四氨合铜(Ⅱ)的化学式为[Cu(NH3)4]SO4·H2O是一种重要的染料及农药中间体。某学习小组以废铜料(含少量铁及难溶性杂质)为主要原料合成该物质,合成路线如下:
下列说法不正确的是(　　)
A.操作Ⅰ中发生的主要反应为Fe+H2O2+2H+===Fe2++2H2O
B.操作Ⅱ中趁热过滤除去的是难溶性杂质和氢氧化铁
C.操作Ⅲ中洗涤可用乙醇和水的混合液,干燥可采用减压干燥方式
D.设计操作Ⅳ的目的是为了提高乙醇的利用率
答案　A
解析　含铜废料加硫酸和双氧水,铜被氧化为硫酸铜,铁被氧化为硫酸铁,加氧化铜调节pH=4生成氢氧化铁沉淀除去铁,滤液得硫酸铜溶液,滤液中加氨水生成深蓝色硫酸四氨合铜溶液,加入乙醇,硫酸四氨合铜溶解度降低,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O。A项,操作Ⅰ中铜被氧化为硫酸铜,发生的主要反应为Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O,2Fe+3H2O2+6H+===2Fe3++6H2O,故A错误;B项,加氧化铜调节pH=4生成氢氧化铁沉淀,操作Ⅱ中趁热过滤除去的是难溶性杂质和氢氧化铁,故B正确;C项,硫酸四氨合铜在乙醇中的溶解度远小于在水中的溶解度,操作Ⅲ中洗涤可用乙醇和水的混合液,干燥可采用减压干燥方式,故C正确;D项,设计操作Ⅳ,乙醇循环利用,目的是为了提高乙醇的利用率,故D正确。
7.(2024·浙江镇海中学调研)以工业废铜泥[主要成分为CuS、Cu2S、Cu2(OH)2CO3,含少量Fe]为主要原料制备CuCl产品的工艺流程如下。下列说法错误的是(　　)
A.除杂时,应在加入稀NaOH溶液前加入稍过量的过氧化氢溶液
B.在“除杂”后、“过滤”前应适当加热以保证除杂效果
C.由核外电子排布知Cu(Ⅰ)比Cu(Ⅱ)稳定,但水相中少见Cu(Ⅰ)化合物的原因是Cu(Ⅰ)在水相中易歧化
D.洗涤时,应当用浓盐酸洗涤以减少CuCl产品在洗涤过程中的损失
答案　D
解析　废铜泥灼烧后将金属元素转化为可与硫酸反应的氧化物,酸浸后先加H2O2氧化Fe2+,再加NaOH稀溶液,过滤除去Fe(OH)3,往滤液中加入Na2SO3、NaCl还原后经系列操作得到氯化亚铜产品。A.H2O2氧化Fe2+,A正确;B..除杂的目的是使铁元素转化成Fe(OH)3而转化成滤渣,①H2O2目的是将Fe2+转化成Fe3+,②加NaOH稀溶液,调节溶液的pH,使Fe3+转化成Fe(OH)3沉淀,但只加入稀溶液容易形成Fe(OH)3胶体更难除杂,所以还应加热,B正确;C.由核外价电子排布知Cu(Ⅰ)3d10比Cu(Ⅱ)3d9稳定,但水相中少见Cu(Ⅰ)化合物的原因是Cu(Ⅰ)在水相中易歧化,C正确;D.CuCl在浓盐酸中易歧化,D错误。(共34张PPT)
第一篇　新高考题型突破
板块Ⅱ　常见无机物的性质与转化
题型突破选择题　题型突破4　无机化工微流程分析
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1.(2024·黑吉辽卷)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是(　　)
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
C
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度/(g·L-1) 145 0.03 1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2===2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
解析　结合“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变并产生CuCl固体,可推断“脱氯”时Cu和Cu2+发生归中反应并结合Cl-生成CuCl沉淀,离子方程式为Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl,则“浸铜”时铜屑不能完全溶解,A错误,C正确;“浸铜”时Cu与H2O2在酸性条件下反应生成Cu2+和H2O,离子方程式为Cu+2H++H2O2===Cu2++2H2O,B错误;脱氯液中含大量的Zn2+,净化后电解,Zn2+在阴极上得电子生成单质Zn,D错误。
2.(2024·北京卷)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
B
3.(2023·浙江6月选考)苯甲酸是一种常用的食品防腐剂。某实验小组设计粗苯甲酸(含有少量NaCl和泥沙)的提纯方案如下:
下列说法不正确的是(　　)
A.操作Ⅰ中依据苯甲酸的溶解度估算加水量
B.操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和NaCl
C.操作Ⅲ缓慢冷却结晶可减少杂质被包裹
D.操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体
B
解析　苯甲酸微溶于冷水,易溶于热水。粗苯甲酸中混有泥沙和氯化钠,加水、加热溶解,苯甲酸、NaCl溶解在水中,泥沙不溶,从而形成悬浊液;趁热过滤出泥沙,同时防止苯甲酸结晶析出;将滤液冷却结晶,大部分苯甲酸结晶析出,氯化钠仍留在母液中;过滤、用冷水洗涤,便可得到纯净的苯甲酸。A.操作Ⅰ中,为减少能耗、减少苯甲酸的溶解损失,溶解所用水的量需加以控制,可依据苯甲酸的大致含量、溶解度等估算加水量,A正确;B.操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙,同时防止苯甲酸结晶析出,NaCl含量少,通常不结晶析出,B不正确;C.操作Ⅲ缓慢冷却结晶,可形成较大的苯甲酸晶体颗粒,同时可减少杂质被包裹在晶体颗粒内部,C正确;D.苯甲酸微溶于冷水,易溶于热水,所以操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体,既可去除晶体表面吸附的杂质离子,又能减少溶解损失,D正确。
4.(2023·河北卷)一种以锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下:
已知:室温下相关物质的Ksp如下表。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Mn(OH)2 MgF2 CaF2
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3 10-38.6 10-12.7 10-10.3 10-8.3
下列说法错误的是(　　)
A.酸浸工序中产生的气体①为氯气
B.滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3
C.除杂②工序中逐渐加入NaF溶液时,若Ca2+、Mg2+浓度接近,则CaF2先析出
D.沉淀工序中发生反应的离子方程式为Mn2++2HC===MnCO3↓+CO2↑+H2O
C
解析　由图知锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)加入浓盐酸进行酸浸,Mn2O3、铝、镁、钙、铁的氧化物均生成对应的盐,由于Mn2O3具有氧化性,能将盐酸中的氯离子氧化为氯气,故气体①用氢氧化钠溶液进行吸收,防止污染环境,加氨水调节pH为5~6,由表中数据知,可将铁和铝沉淀而除去,故滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3,再向滤液中加入氟化钠溶液,可将镁和钙以氟化物的形式除去,滤渣②为氟化钙和氟化镁,此时滤液中主要成分为氯化锰,加入碳酸氢钠溶液,发生Mn2++2HC===MnCO3↓+CO2↑+H2O,将锰离子沉淀,得到纯度较高的碳酸锰。由分析知,Mn2O3与浓盐酸反应生成Mn2+和Cl2,A正确;结合表中数据可知,除杂①工序中调pH为5~6,此时会产生Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀,B正确;由于Ksp(MgF2)5.(2023·湖南卷)处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下:
已知:①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。
D
命题立意:试题以工业生产、污染物处理中物质的转化为素材,考查学生对元素化合物的性质、化学实验的基本操作和化学基本概念等知识的掌握程度。此类试题以物质转化的工艺流程为载体,在相对陌生、简单的情景下,考查学生信息获取与加工、逻辑推理与论证能力。
1.化工微流程中的“四线”分析
(1)试剂线:分清各步加入试剂的作用,一般是为了除去杂质或进行目标元素及其化合物间的转化等。
(2)操作线:分离杂质和产品需要进行的分离、提纯操作等。
(3)杂质线:分清各步去除杂质的种类,杂质的去除顺序、方法及条件等。
(4)产品线:工艺流程主线,关注目标元素及其化合物在各步发生的反应或进行分离、提纯的操作方法,实质是目标元素及其化合物的转化。
2.化工微流程中的常见试剂与杂质
(1)试剂
需要掌握常见试剂的类型、作用和相关反应,也可称为反应线。常见试剂及其作用如表所示。
类别 常见试剂 作用
氧化剂 KMnO4、K2Cr2O7、Cl2、HNO3、Fe3+、空气(O2)、H2O2 氧化某物质以除去杂质或获得产品
还原剂 SO2、S、I-、Fe2+、金属单质、H2O2、HCl 还原某物质以除去杂质或获得产品
酸 H2SO4、HCl、HNO3 利用酸溶解或除去某物质或获得产品
碱 NaOH、NH3·H2O 利用碱溶解或除去某物质或获得产品
其他 氧化物(CuO、MgO)、NaF等 除去某物质或得到产品
(2)杂质
对于矿物质而言,测定元素组成后,即可确定杂质。常见杂质及其除杂方式如表所示。
杂质的核心元素 去除方式
Fe、Al等金属元素 调pH
SiO2 直接过滤除去或转化为H2SiO3
Mg、Ca等金属元素 利用NaF溶液,转化为氟化物沉淀
Mn 可以转化为氟化物沉淀,也可以转化为MnO2
3.原料预处理阶段各操作的目的
研磨、粉碎等 增大反应物的接触面积,增大反应速率,提高原料转化率、利用率、浸取率
灼烧(煅 烧、焙烧) 除去有机物;使无机物分解为金属氧化物等,便于后续浸取、溶解
浸取 水浸:分离水溶性和非水溶性的物质
酸浸:溶解金属、金属氧化物、调节pH促进某离子的水解而转化为沉淀
碱浸:除去油污、溶解酸性氧化物、溶解铝及其化合物、调节pH等
1.(2023·海南华侨中学质检)锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等)可用于湿法制锌,其流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.“酸浸”中ZnFe2O4发生的反应为ZnFe2O4+8H+===Zn2++2Fe3++4H2O
B.可用ZnS除去溶液中的Cu2+的依据是Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)
C.为提高生产效率,“酸浸”“净化Ⅰ”“净化Ⅱ”的反应温度越高越好
D.“电解”的产物之一可用于替换“净化Ⅰ”中的H2O2
C
2.(2023·烟台高三模拟)用绿矾(FeSO4·7H2O)制备电池电极材料LiFePO4的流程如下:
下列说法正确的是(　　)
A.反应2中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
B.洗涤沉淀时可用玻璃棒搅拌
C.可用酸性KMnO4溶液检验反应1中Fe2+是否完全反应
D.溶解过程中H3PO4可抑制Fe2+的水解
D
解析　反应2中H2C2O4将FePO4还原为LiFePO4,Fe元素由+3价下降到+2价,C元素由+3价上升到+4价,FePO4为氧化剂,H2C2O4为还原剂,根据得失电子守恒可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1,A错误;洗涤沉淀时用玻璃棒搅拌容易把滤纸捣破,B错误;反应1中NaClO将Fe2+氧化为Fe3+,NaClO转化为NaCl,Cl-也能使酸性KMnO4溶液褪色,不能用酸性KMnO4溶液检验反应1中Fe2+是否完全反应,C错误;Fe2+在水溶液中会发生水解,溶解过程中H3PO4可以电离出氢离子,抑制Fe2+的水解,D正确。
3.(2024·河北唐山一模)从废催化剂中回收贵金属和有色金属,不仅所得金属品位高,而且投资少、效益高。以废锆催化剂(含ZrO2、Y2O3及Fe的氧化物)为原料回收氧化锆和氧化钇的部分工艺如下:
已知:(1)ZrO2、Y2O3可溶于热的浓硫酸溶液;
(2)聚乙二醇可与Fe3+形成红褐色配合物,便于“离心萃取”操作进行。
C
4.(2023·河南郑州一模)以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
下列说法错误的是(　　)
A.浸渣中的物质是Fe3O4、SiO2和CaSO4
B.“净化除杂”需先加H2O2溶液再调节溶液的pH
C.操作a为蒸发浓缩、冷却结晶
D.“粗硼酸”中的主要杂质是七水硫酸镁
A
解析　以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3),根据流程可知,加硫酸溶解,只有SiO2不溶,CaO转化为微溶于水的CaSO4,“净化除杂”需先加入氧化剂,将Fe2+氧化为Fe3+,调节溶液的pH,使Fe3+、Al3+均转化为沉淀,则滤渣为氢氧化铝、氢氧化铁,然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出H3BO3。由分析可知,“浸渣”为SiO2、CaSO4,A错误;“净化除杂”先加H2O2溶液将Fe2+转化为Fe3+,再调节溶液的pH,生成氢氧化铝和氢氧化铁沉淀,B正确;由分析可知,操作a为蒸发浓缩、冷却结晶,C正确;最后浓缩结晶时硫酸镁易结合水以晶体析出,则粗硼酸中的主要杂质是七水硫酸镁,D正确。
5.(2023·辽宁丹东质监)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下:
已知浸出液中主要金属阳离子
为Ni2+、Co2+、Cr3+、Fe2+,下列
说法正确的是(　　)
A.“浸出”产生的气体主要为SO2
B.“滤渣1”的主要成分为NiS、CoS
C.“沉铁”步骤主要反应的离子方程式为Fe2++C2===FeC2O4↓
D.整个流程中铬元素先被氧化为+6价,后被还原为+3价
B
解析　加入稀硫酸溶解合金,产生的气体为氢气,A错误;共有四种金属,由流程可知,沉铁后分离出硫酸铬,则“除杂”的目的是除去Ni、Co元素,所以“滤渣1”的主要成分为NiS、CoS,B正确;草酸是一种弱酸,不能拆,正确的离子方程式为Fe2++H2C2O4===FeC2O4↓+2H+,C错误;流程中未产生六价铬化合物,D错误。
6.(2024·浙江嘉兴联考)一水硫酸四氨合铜
(Ⅱ)的化学式为[Cu(NH3)4]SO4·H2O是一
种重要的染料及农药中间体。某学习小
组以废铜料(含少量铁及难溶性杂质)为
主要原料合成该物质,合成路线如下:
下列说法不正确的是(　　)
A.操作Ⅰ中发生的主要反应为Fe+H2O2+2H+===Fe2++2H2O
B.操作Ⅱ中趁热过滤除去的是难溶性杂质和氢氧化铁
C.操作Ⅲ中洗涤可用乙醇和水的混合液,干燥可采用减压干燥方式
D.设计操作Ⅳ的目的是为了提高乙醇的利用率
A
解析　含铜废料加硫酸和双氧水,铜被氧化为硫酸铜,铁被氧化为硫酸铁,加氧化铜调节pH=4生成氢氧化铁沉淀除去铁,滤液得硫酸铜溶液,滤液中加氨水生成深蓝色硫酸四氨合铜溶液,加入乙醇,硫酸四氨合铜溶解度降低,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O。A项,操作Ⅰ中铜被氧化为硫酸铜,发生的主要反应为Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O,2Fe+3H2O2+6H+===2Fe3++6H2O,故A错误;B项,加氧化铜调节pH=4生成氢氧化铁沉淀,操作Ⅱ中趁热过滤除去的是难溶性杂质和氢氧化铁,故B正确;C项,硫酸四氨合铜在乙醇中的溶解度远小于在水中的溶解度,操作Ⅲ中洗涤可用乙醇和水的混合液,干燥可采用减压干燥方式,故C正确;D项,设计操作Ⅳ,乙醇循环利用,目的是为了提高乙醇的利用率,故D正确。
7.(2024·浙江镇海中学调研)以工业废铜泥[主要成分为CuS、Cu2S、
Cu2(OH)2CO3,含少量Fe]为主
要原料制备CuCl产品的工艺流程如
图。下列说法错误的是(　　)
A.除杂时,应在加入稀NaOH溶液前加入稍过量的过氧化氢溶液
B.在“除杂”后、“过滤”前应适当加热以保证除杂效果
C.由核外电子排布知Cu(Ⅰ)比Cu(Ⅱ)稳定,但水相中少见Cu(Ⅰ)化合物的原因是Cu(Ⅰ)在水相中易歧化
D.洗涤时,应当用浓盐酸洗涤以减少CuCl产品在洗涤过程中的损失
D
解析　废铜泥灼烧后将金属元素转化为可与硫酸反应的氧化物,酸浸后先加H2O2氧化Fe2+,再加NaOH稀溶液,过滤除去Fe(OH)3,往滤液中加入Na2SO3、NaCl还原后经系列操作得到氯化亚铜产品。A.H2O2氧化Fe2+,A正确;B..除杂的目的是使铁元素转化成Fe(OH)3而转化成滤渣,①H2O2目的是将Fe2+转化成Fe3+,②加NaOH稀溶液,调节溶液的pH,使Fe3+转化成Fe(OH)3沉淀,但只加入稀溶液容易形成Fe(OH)3胶体更难除杂,所以还应加热,B正确;C.由核外价电子排布知Cu(Ⅰ)3d10比Cu(Ⅱ)3d9稳定,但水相中少见Cu(Ⅰ)化合物的原因是Cu(Ⅰ)在水相中易歧化,C正确;D.CuCl在浓盐酸中易歧化,D错误。

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