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热练18　化学工艺流程综合(一)
1. (2025·苏锡常镇调研二)稀土元素Ce是重要的战略资源，其氧化物CeO2是一种重要的催化剂。一种沉淀法制备CeO2的过程如下：
(1)制备Ce2(CO3)3·8H2O沉淀
①配制Ce(NO3)3溶液时，需滴加适量稀硝酸调节酸度，其原因为　
　　 　　 　。
②生成Ce2(CO3)3·8H2O沉淀的化学方程式为　
　　 　　 　。
③溶液pH与Ce2(CO3)3·8H2O沉淀产率的关系如图1所示。滴加NH4HCO3溶液(弱碱性)前，先加氨水调节溶液pH约为6的原因为　
　　 　　 　。
　　　　
图1　　　　　　　　　　　　　　图2　　　　　　　　　　　　图3
(2)灼烧Ce2(CO3)3·8H2O制备CeO2
在空气中灼烧Ce2(CO3)3·8H2O，测得灼烧过程中剩余固体质量与起始固体质量的比值随温度变化曲线如图2所示。已知a到b过程中产生的气体不能使无水CuSO4变蓝，但能被碱液完全吸收。
①a点固体产物为 (填化学式，写出计算过程，Ce—140)。
②“灼烧”过程中，产生的气体选用氨水吸收的原因为　　 　　 　。
③b点得到CeO2晶体，其晶胞如图3所示。晶胞中与每个Ce4＋距离最近的Ce4＋的个数为　 　。
2. (2025·南通三调)钨(W)熔点(3 430 ℃)高，在国防工业有着重要用途，Na2WO4是制备W的前驱体。
(1)以含钨废渣[难溶于水，主要成分为Fe2O3、Al2O3(10%)、SiO2、CaO及少量钨酸亚铁(FeWO4)]制备Na2WO4的流程如下：
一段时间内，钨的浸出率及固体残留率随盐酸浓度的变化如图所示。
①选择盐酸而不选择硫酸酸浸的原因是　 　　 　。
②写出FeWO4与盐酸反应的离子方程式：　 　　 　。
③盐酸的浓度选择3.5 mol/L的原因是　 　　 　。
④残留固体中Al2O3的质量分数大于10%的原因是　 　　 　。
(2)废弃纯钨棒(W)在空气存在的条件下，溶于熔融的氢氧化钠中可制得Na2WO4。该反应的化学方程式为　 　　 　。
(3)将废弃钨制品(W与WO3混合物)在空气中加热使之完全转化为WO3，所得固体溶于NaOH溶液可得Na2WO4。
①某废弃钨制品，通过元素分析可知其中钨元素的质量分数为90%。取92.0 g该制品在空气中加热，理论上可制得WO3的质量为　 　(W—184)。
②加热至1 000 ℃，所得固体成分仅为WO3，其质量小于理论值，原因是　 　　 　。
3. (2025·如皋)某含砷废渣经水浸后，得浸出液和滤渣，其中浸出液中主要含Na3AsO4，滤渣中含雄黄(As4S4)。通过如下过程可分离制取单质砷(As4)：
已知：H3AsO4是一种三元弱酸；25 ℃时，Ksp[Ca3(AsO4)2]＝6.8×10－19、Ksp(FeAsO4)＝5.7×10－21、Ksp[Ca(OH)2]＝5.5×10－6。
(1)雄黄(As4S4)在加热的条件下会被氧气氧化。1 mol As4S4氧化生成As2O3和SO2，转移电子的物质的量为　 　mol。
(2)“沉砷”时，控制所加Ca(OH)2与溶液中AsO的物质的量之比为6，调节起始溶液的pH不同，常温反应24 h，测得溶液中砷的去除率与起始pH的关系如图1所示。pH大于12时，pH越大，溶液中砷的去除率越低的原因是　 　　 　　 　　 　。
　　　
图1　　　　　　　　　　图2
(3)“沉砷”时，控制所加Ca(OH)2与溶液中AsO的物质的量之比为6，调节起始溶液的pH＝12，反应24 h。
①溶液中砷的去除率与温度的关系如图2所示。温度越高，溶液中砷的去除率越低的原因是　 　　 　　 　。
②其他条件一定，若同时加入少量FeCl3溶液，所得溶液中砷的去除率将进一步增大，原因除生成FeAsO4沉淀进一步减小AsO浓度外，还有　 　　 　。
(4)“还原”时反应在高温条件下进行，所得产物除As4外，还有CO和CaO，写出该反应的化学方程式：　 　　 　。
(5)“沉砷”时会得到Cax(AsO4)y(OH)z杂质。分离出该杂质，通过如下实验测定其组成。
步骤1：称取一定质量样品，加入盐酸至固体完全溶解，冷却后稀释至500 mL。
步骤2：取步骤1所得25.00 mL溶液于锥形瓶中，加入指示剂，用0.200 0 mol/L EDTA标准液滴定(EDTA与Ca2＋反应的物质的量之比为1∶1)，终点时消耗EDTA标准液的体积为17.50 mL。
步骤3：取步骤1所得25.00 mL溶液于锥形瓶中，加入适量还原剂将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ)。加入指示剂，用0.100 0 mol/L碘标准溶液滴定，终点时消耗碘标准溶液体积为21.00 mL。滴定过程发生反应为AsO＋I2＋H2O===AsO＋2H＋＋2I－。计算Cax(AsO4)y(OH)z的组成，并写出计算过程。
热练18　化学工艺流程综合(一)
1. (2025·苏锡常镇调研二)稀土元素Ce是重要的战略资源，其氧化物CeO2是一种重要的催化剂。一种沉淀法制备CeO2的过程如下：
(1)制备Ce2(CO3)3·8H2O沉淀
①配制Ce(NO3)3溶液时，需滴加适量稀硝酸调节酸度，其原因为　抑制Ce3＋水解，防止生成Ce(OH)3沉淀　。
②生成Ce2(CO3)3·8H2O沉淀的化学方程式为　2Ce(NO3)3＋3NH4HCO3＋3NH3·H2O＋5H2O===Ce2(CO3)3·8H2O↓＋6NH4NO3　。
③溶液pH与Ce2(CO3)3·8H2O沉淀产率的关系如图1所示。滴加NH4HCO3溶液(弱碱性)前，先加氨水调节溶液pH约为6的原因为　提高Ce2(CO3)3·8H2O的沉淀产率；节约NH4HCO3的用量(或氨水中和硝酸的速率比NH4HCO3快)；pH超过6，Ce(OH)3含量增大，煅烧时产生的CO2更少，最终CeO2产品气孔少，吸附能力弱　。
　　　　
图1　　　　　　　　　　　　　　图2　　　　　　　　　　　　图3
(2)灼烧Ce2(CO3)3·8H2O制备CeO2
在空气中灼烧Ce2(CO3)3·8H2O，测得灼烧过程中剩余固体质量与起始固体质量的比值随温度变化曲线如图2所示。已知a到b过程中产生的气体不能使无水CuSO4变蓝，但能被碱液完全吸收。
①a点固体产物为Ce2(CO3)3(填化学式，写出计算过程，Ce—140)。
计算过程：已知Ce2(CO3)3·8H2O的摩尔质量为604 g/mol，a到b过程中产生的气体不能使无水CuSO4变蓝，但能被碱液完全吸收，说明这时不再放出水蒸气，即a点处结晶水已经完全失去，设灼烧1 mol Ce2(CO3)3·8H2O固体，则起始固体质量为1 mol×604 g/mol＝604 g，a点对应剩余固体质量为604 g×76.16%≈460 g，这阶段减少质量为604 g－460 g＝144 g，即失去8 mol H2O，故a点固体产物为Ce2(CO3)3。
②“灼烧”过程中，产生的气体选用氨水吸收的原因为　吸收CO2，减少碳排放；氨水吸收液中生成的NH4HCO3可循环使用　。
③b点得到CeO2晶体，其晶胞如图3所示。晶胞中与每个Ce4＋距离最近的Ce4＋的个数为　12　。
【解析】 (1)①已知Ce(NO3)3是强酸弱碱盐，为抑制Ce3＋水解生成Ce(OH)3沉淀，配制Ce(NO3)3溶液时，需滴加适量稀硝酸调节酸度。②由流程图可知，向Ce(NO3)3溶液中加入氨水和NH4HCO3溶液生成Ce2(CO3)3·8H2O沉淀的同时得到NH4NO3。(2)②煅烧过程中会产生CO2，产生的气体选用氨水吸收后，能减少碳排放，同时生成NH4HCO3，可循环使用。③由题干晶胞可知，一个晶胞中黑球个数为8×＋6×＝4个，灰球为8个，结合化学式CeO2，可知黑球代表Ce，灰球代表O，故晶胞中与每个Ce4＋距离最近的Ce4＋的个数为12。
2. (2025·南通三调)钨(W)熔点(3 430 ℃)高，在国防工业有着重要用途，Na2WO4是制备W的前驱体。
(1)以含钨废渣[难溶于水，主要成分为Fe2O3、Al2O3(10%)、SiO2、CaO及少量钨酸亚铁(FeWO4)]制备Na2WO4的流程如下：
一段时间内，钨的浸出率及固体残留率随盐酸浓度的变化如图所示。
①选择盐酸而不选择硫酸酸浸的原因是　CaSO4微溶，不利于钙元素浸出；CaSO4覆盖在钨渣表面，不利于钨的富集　。
②写出FeWO4与盐酸反应的离子方程式：　FeWO4＋2H＋===H2WO4＋Fe2＋　。
③盐酸的浓度选择3.5 mol/L的原因是　盐酸浓度过小，固体残留率较高，不利于钨元素的富集；盐酸浓度过大，钨元素浸出率高，损失大　。
④残留固体中Al2O3的质量分数大于10%的原因是　Al2O3的浸出速率小于废钨渣的浸出速率　。
(2)废弃纯钨棒(W)在空气存在的条件下，溶于熔融的氢氧化钠中可制得Na2WO4。该反应的化学方程式为　2W＋4NaOH＋3O22Na2WO4＋2H2O　。
(3)将废弃钨制品(W与WO3混合物)在空气中加热使之完全转化为WO3，所得固体溶于NaOH溶液可得Na2WO4。
①某废弃钨制品，通过元素分析可知其中钨元素的质量分数为90%。取92.0 g该制品在空气中加热，理论上可制得WO3的质量为　104.4 g　(W—184)。
②加热至1 000 ℃，所得固体成分仅为WO3，其质量小于理论值，原因是　在1 000 ℃下，部分WO3固体升华　。
【解析】 (3)①m(WO3)＝＝104.4 g。
3. (2025·如皋)某含砷废渣经水浸后，得浸出液和滤渣，其中浸出液中主要含Na3AsO4，滤渣中含雄黄(As4S4)。通过如下过程可分离制取单质砷(As4)：
已知：H3AsO4是一种三元弱酸；25 ℃时，Ksp[Ca3(AsO4)2]＝6.8×10－19、Ksp(FeAsO4)＝5.7×10－21、Ksp[Ca(OH)2]＝5.5×10－6。
(1)雄黄(As4S4)在加热的条件下会被氧气氧化。1 mol As4S4氧化生成As2O3和SO2，转移电子的物质的量为　28　mol。
(2)“沉砷”时，控制所加Ca(OH)2与溶液中AsO的物质的量之比为6，调节起始溶液的pH不同，常温反应24 h，测得溶液中砷的去除率与起始pH的关系如图1所示。pH大于12时，pH越大，溶液中砷的去除率越低的原因是　pH越大，Ca2＋形成Ca(OH)2析出，Ca2＋浓度减小，生成的Ca3(AsO4)2沉淀减少[或pH越大，吸收空气中CO2生成的CO浓度越大，部分Ca2＋被CO沉淀从而导致Ca2＋浓度减小，生成的Ca3(AsO4)2沉淀减少或部分Ca3(AsO4)2沉淀转化为CaCO3从而使溶液中砷含量增大]　。
　　　
图1　　　　　　　　　　图2
(3)“沉砷”时，控制所加Ca(OH)2与溶液中AsO的物质的量之比为6，调节起始溶液的pH＝12，反应24 h。
①溶液中砷的去除率与温度的关系如图2所示。温度越高，溶液中砷的去除率越低的原因是　温度升高，Ca(OH)2溶解度减小，Ca2＋浓度减小，生成的Ca3(AsO4)2沉淀减少[或升高温度，Ca3(AsO4)2溶解度增大]　。
②其他条件一定，若同时加入少量FeCl3溶液，所得溶液中砷的去除率将进一步增大，原因除生成FeAsO4沉淀进一步减小AsO浓度外，还有　生成Fe(OH)3胶体吸附并沉淀溶液中的含砷物质　。
(4)“还原”时反应在高温条件下进行，所得产物除As4外，还有CO和CaO，写出该反应的化学方程式：　2Ca3(AsO4)2＋10CAs4＋10CO↑＋6CaO　。
(5)“沉砷”时会得到Cax(AsO4)y(OH)z杂质。分离出该杂质，通过如下实验测定其组成。
步骤1：称取一定质量样品，加入盐酸至固体完全溶解，冷却后稀释至500 mL。
步骤2：取步骤1所得25.00 mL溶液于锥形瓶中，加入指示剂，用0.200 0 mol/L EDTA标准液滴定(EDTA与Ca2＋反应的物质的量之比为1∶1)，终点时消耗EDTA标准液的体积为17.50 mL。
步骤3：取步骤1所得25.00 mL溶液于锥形瓶中，加入适量还原剂将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ)。加入指示剂，用0.100 0 mol/L碘标准溶液滴定，终点时消耗碘标准溶液体积为21.00 mL。滴定过程发生反应为AsO＋I2＋H2O===AsO＋2H＋＋2I－。计算Cax(AsO4)y(OH)z的组成，并写出计算过程。
计算过程：由反应可知：n(Ca2＋)＝n(H2Y2－)＝0.200 0 mol/L×17.50×10－3 L＝3.5×10－3 mol
n(AsO)＝ n(AsO)＝ n(I2)＝ 0.100 0 mol/L×21.00×10－3 L＝2.1×10－3 mol
由电荷守恒可知：n(Ca2＋)×2＝ n(AsO)×3＋n(OH－)
n(OH－)＝7×10－4 mol
则n(Ca2＋)∶n(AsO)∶n(OH－)＝5∶3∶1
化学式为Ca5(AsO4)3(OH)
【解析】 (1)在氧化过程中，As元素化合价从＋2升高到＋3，S元素化合价从－2升高到＋4，故1 mol As4S4参与反应转移电子的物质的量为28 mol。

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