專題19工藝流程題-三年高考解析（原卷版）

專題19工藝流程題1．【2017新課標1卷】（14分）Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦（主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì)）來制備，工藝流程如下：回答下列問題：（1）“酸浸”實驗中，鐵的浸出率結(jié)果如下圖所示。由圖可知，當鐵的浸出率為70%時，所采用的實驗條件為___________________。（2）“酸浸”后，鈦主要以形式存在，寫出相應(yīng)反應(yīng)的離子方程式__________________。（3）TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40min所得實驗結(jié)果如下表所示：溫度/℃3035404550TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率%9295979388分析40℃時TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因__________________。（4）Li2Ti5O15中Ti的化合價為+4，其中過氧鍵的數(shù)目為__________________。（5）若“濾液②”中，加入雙氧水和磷酸（設(shè)溶液體積增加1倍），使恰好沉淀完全即溶液中，此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？（列式計算）。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為。（6）寫出“高溫煅燒②”中由FePO4制備LiFePO4的化學(xué)方程式。2．【2017新課標3卷】（15分）重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示：回答下列問題：（1）步驟①的主要反應(yīng)為：FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2上述反應(yīng)配平后FeO·Cr2O3與NaNO3的系數(shù)比為_______。該步驟不能使用陶瓷容器，原因是_____。（2）濾渣1中含量最多的金屬元素是_______，濾渣2的主要成分是__________及含硅雜質(zhì)。（3）步驟④調(diào)濾液2的pH使之變____________（填“大”或“小”），原因是_____________（用離子方程式表示）。（4）有關(guān)物質(zhì)的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到___________（填標號）得到的K2Cr2O7固體產(chǎn)品最多。a．80℃ b．60℃ c．40℃ d．10℃步驟⑤的反應(yīng)類型是___________________。（5）某工廠用m1kg鉻鐵礦粉（含Cr2O340%）制備K2Cr2O7，最終得到產(chǎn)品m2kg，產(chǎn)率為_____________。3．【2017北京卷】（13分）TiCl4是由鈦精礦（主要成分為TiO2）制備鈦（Ti）的重要中間產(chǎn)物，制備純TiCl4的流程示意圖如下：資料：TiCl4及所含雜質(zhì)氯化物的性質(zhì)化合物SiCl4TiCl4AlCl3FeCl3MgCl2沸點/℃58136181（升華）3161412熔點/℃?69?25193304714在TiCl4中的溶解性互溶——微溶難溶（1）氯化過程：TiO2與Cl2難以直接反應(yīng)，加碳生成CO和CO2可使反應(yīng)得以進行。已知：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)ΔH1=+175.4kJ·mol-12C(s)+O2(g)=2CO(g)ΔH2=-220.9kJ·mol-1①沸騰爐中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的熱化學(xué)方程式：_______________________。②氯化過程中CO和CO2可以相互轉(zhuǎn)化，根據(jù)如圖判斷：CO2生成CO反應(yīng)的ΔH_____0（填“＞”“＜”或“=”），判斷依據(jù)：_______________。③氯化反應(yīng)的尾氣須處理后排放，尾氣中的HCl和Cl2經(jīng)吸收可得粗鹽酸、FeCl3溶液，則尾氣的吸收液依次是__________________________。④氯化產(chǎn)物冷卻至室溫，經(jīng)過濾得到粗TiCl4混合液，則濾渣中含有_____________。（2）精制過程：粗TiCl4經(jīng)兩步蒸餾得純TiCl4。示意圖如下：物質(zhì)a是______________，T2應(yīng)控制在_________。4．【2017江蘇卷】(12分)鋁是應(yīng)用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質(zhì))為原料制備鋁的一種工藝流程如下：注：SiO2在“堿溶”時轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀。（1）“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為_____________________。（2）向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH_________(填“增大”、“不變”或“減小”)。（3）“電解Ⅰ”是電解熔融Al2O3，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是___________。（4）“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，原理如圖所示。陽極的電極反應(yīng)式為_____________________，陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為____________。（5）鋁粉在1000℃時可與N2反應(yīng)制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合，有利于AlN的制備，其主要原因是_____________________。5．【2017江蘇卷】(15分)某科研小組采用如下方案回收一種光盤金屬層中的少量Ag(金屬層中其他金屬含量過低，對實驗的影響可忽略)。已知：①NaClO溶液在受熱或酸性條件下易分解，如：3NaClO2NaCl+NaClO3②AgCl可溶于氨水：AgCl+2NH3·H2OAg(NH3)2++Cl?+2H2O③常溫時N2H4·H2O(水合肼)在堿性條件下能還原Ag(NH3)2+：4Ag(NH3)2++N2H4·H2O4Ag↓+N2↑+4NH4＋+4NH3↑+H2O（1）“氧化”階段需在80℃條件下進行，適宜的加熱方式為__________________。（2）NaClO溶液與Ag反應(yīng)的產(chǎn)物為AgCl、NaOH和O2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________。HNO3也能氧化Ag，從反應(yīng)產(chǎn)物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺點是____________________。（3）為提高Ag的回收率，需對“過濾Ⅱ”的濾渣進行洗滌，并_______________________。（4）若省略“過濾Ⅰ”，直接向冷卻后的反應(yīng)容器中滴加10%氨水，則需要增加氨水的用量，除因過量NaClO與NH3·H2O反應(yīng)外(該條件下NaClO3與NH3·H2O不反應(yīng))，還因為_____________________。（5）請設(shè)計從“過濾Ⅱ”后的濾液中獲取單質(zhì)Ag的實驗方案：________________________(實驗中須使用的試劑有：2mol·L?1水合肼溶液，1mol·L?1H2SO4)。6．【2016新課標1卷】NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑，也常用來漂白織物等，其一種生產(chǎn)工藝如下：回答下列問題：（1）NaClO2中Cl的化合價為_______。（2）寫出“反應(yīng)”步驟中生成ClO2的化學(xué)方程式_______。（3）“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成，精制時，為除去Mg2+和Ca2+，要加入的試劑分別為________、________?！半娊狻敝嘘帢O反應(yīng)的主要產(chǎn)物是______。（4）“尾氣吸收”是吸收“電解”過程排出的少量ClO2。此吸收反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________，該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是_________。（5）“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力，其定義是：每克含氯消毒劑的氧化能力相當于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為____。(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))7．【2016新課標3卷】以硅藻土為載體的五氧化二釩（V2O5）是接觸法生成硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為：物質(zhì)V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3質(zhì)量分數(shù)/%2.2～2.92.8～3.122～2860～651～2＜1以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：回答下列問題：（1）“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為VO2+，反應(yīng)的離子方程式為___________，同時V2O4轉(zhuǎn)成VO2+?！皬U渣1”的主要成分是__________________。（2）“氧化”中欲使3mol的VO2+變?yōu)閂O2+，則需要氧化劑KClO3至少為______mol。（3）“中和”作用之一是使釩以V4O124?形式存在于溶液中。“廢渣2”中含有_______。（4）“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為：4ROH+V4O124?R4V4O12+4OH?（ROH為強堿性陰離子交換樹脂）。為了提高洗脫效率，淋洗液應(yīng)該呈_____性（填“酸”、“堿”或“中”）。（5）“流出液”中陽離子最多的是________。（6）“沉釩”得到偏釩酸銨（NH4VO3）沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式____________。8．【2016北京卷】以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4為原料，制備高純PbO，實現(xiàn)鉛的再生利用。其工作流程如下：（1）過程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反應(yīng)生成PbSO4的化學(xué)方程式是__________。（2）過程Ⅰ中，F(xiàn)e2+催化過程可表示為：i：2Fe2++PbO2+4H++SO42?＝2Fe3++PbSO4+2H2Oii:……①寫出ii的離子方程式：________________。②下列實驗方案可證實上述催化過程。將實驗方案補充完整。a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無色，再加入少量PbO2，溶液變紅。b.______________。（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO（s）+NaOH（aq）NaHPbO2（aq），其溶解度曲線如圖所示。①過程Ⅱ的目的是脫硫。濾液1經(jīng)處理后可在過程Ⅱ中重復(fù)使用，其目的是____(選填序號)。A．減少PbO的損失，提高產(chǎn)品的產(chǎn)率B．重復(fù)利用氫氧化鈉，提高原料的利用率C．增加Na2SO4濃度，提高脫硫效率②過濾Ⅲ的目的是提純，綜合上述溶解度曲線，簡述過程Ⅲ的操作___________。9．【2016海南卷】KAl(SO4)2·12H2O（明礬）是一種復(fù)鹽，在造紙等方面應(yīng)用廣泛。實驗室中，采用廢易拉罐（主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質(zhì)）制備明礬的過程如下圖所示?；卮鹣铝袉栴}：（1）為盡量少引入雜質(zhì)，試劑①應(yīng)選用___（填標號）。a．HCl溶液b．H2SO4溶液c．氨水d．NaOH溶液（2）易拉罐溶解過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。（3）沉淀B的化學(xué)式為___；將少量明礬溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是_____。（4）已知：Kw=1.0×10-14，Al(OH)3AlO2-+H++H2OK=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液反應(yīng)的平衡常數(shù)等于_________。10．【2016江蘇卷】以電石渣[主要成分為Ca(OH)2和CaCO3]為原料制備KClO3的流程如下：（1）氯化過程控制電石渣過量，在75℃左右進行。氯化時存在Cl2與Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反應(yīng)，Ca(ClO)2進一步轉(zhuǎn)化為Ca(ClO3)2，少量Ca(ClO)2分解為CaCl2和O2。①生成Ca(ClO)2的化學(xué)方程式為。②提高Cl2轉(zhuǎn)化為Ca(ClO3)2的轉(zhuǎn)化率的可行措施有（填序號）。A．適當減緩?fù)ㄈ隒l2速率B．充分攪拌漿料C．加水使Ca(OH)2完全溶解（2）氯化過程中Cl2轉(zhuǎn)化為Ca(ClO3)2的總反應(yīng)方程式為6Ca(OH)2+6Cl2＝Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O氯化完成后過濾。①濾渣的主要成分為（填化學(xué)式）。②濾液中Ca(ClO3)2與CaCl2的物質(zhì)的量之比n[Ca(ClO3)2]∶n[CaCl2]1∶5（填“＞”、“＜”或“=”）。（3）向濾液中加入稍過量KCl固體可將Ca(ClO3)2轉(zhuǎn)化為KClO3，若溶液中KClO3的含量為100g?L-1，從該溶液中盡可能多地析出KClO3固體的方法是。11．【2016江蘇卷】實驗室以一種工業(yè)廢渣（主要成分為MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物）為原料制備MgCO3·3H2O。實驗過程如下：（1）酸溶過程中主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為MgCO3(s)+2H+(aq)===Mg2+(aq)+CO2(g)+H2O(l)ΔH=－50.4kJ·mol–1Mg2SiO4(s)+4H+(aq)===2Mg2+(aq)+H2SiO3(s)+H2O(l)ΔH=－225.4kJ·mol–1酸溶需加熱的目的是______；所加H2SO4不宜過量太多的原因是_______。（2）加入H2O2氧化時發(fā)生發(fā)應(yīng)的離子方程式為___________。（3）用下圖所示的實驗裝置進行萃取分液，以除去溶液中的Fe3+。①實驗裝置圖中儀器A的名稱為_______。②為使Fe3+盡可能多地從水相轉(zhuǎn)移至有機相，采取的操作：向裝有水溶液的儀器A中加入一定量的有機萃取劑，______、靜置、分液，并重復(fù)多次。（4）請補充完整由萃取后得到的水溶液制備MgCO3·3H2O的實驗方案：邊攪拌邊向溶液中滴加氨水，______，過濾、用水洗滌固體2～3次，在50℃下干燥，得到MgCO3·3H2O。[已知該溶液中pH=8.5時Mg(OH)2開始沉淀；pH=5.0時Al(OH)3沉淀完全]。12．【2016四川卷】資源的高效利用對保護環(huán)境、促進經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展具有重要作用。磷尾礦主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3·MgCO3。某研究小組提出了磷尾礦綜合利用的研究方案，制備具有重要工業(yè)用途的CaCO3、Mg(OH)2、P4和H2已知：①Ca5(PO4)3F在950℃不分解；②4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4請回答下列問題：（1）950℃煅燒磷尾礦生成氣體的主要成分是___________。（2）實驗室過濾所需的玻璃儀器是_____________。（3）NH4NO3溶液能從磷礦Ⅰ中浸取出Ca2+的原因是__________。（4）在浸取液Ⅱ中通入NH3，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________。（5）工業(yè)上常用磷精礦[Ca5(PO4)3F]和硫酸反應(yīng)制備磷酸。已知25℃，101kPa時：CaO(s)+H2SO4(l)=CaSO4(s)+H2O(l)ΔH=-271kJ/mol5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)=Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l)ΔH=-937kJ/mol則Ca5(PO4)3F和硫酸反應(yīng)生成磷酸的熱化學(xué)方程式是_________________。（6）在一定條件下CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，當CO與H2O(g)的起始物質(zhì)的量之比為1:5，達平衡時，CO轉(zhuǎn)化了。若akg含Ca5(PO4)3F（相對分子質(zhì)量為504）的質(zhì)量分數(shù)為10%的磷尾礦，在上述過程中有b%的Ca5(PO4)3F轉(zhuǎn)化為P4，將產(chǎn)生的CO與H2O(g)按起始物質(zhì)的量之比1:3混合，則相同條件下達平衡時能產(chǎn)生H2________kg。13．【2015安徽卷】（14分）硼氫化鈉（NaBH4）在化工等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值，某研究小組采用偏硼酸鈉NaBO2為主要原料制備NaBH4，其流程如下：已知：NaBH4常溫下能與水反應(yīng)，可溶于異丙酸（沸點：13℃）。（1）在第①步反應(yīng)加料之前，需要將反應(yīng)器加熱至100℃以上并通入氬氣，該操作的目的是_____，原料中的金屬鈉通常保存在____中，實驗室取用少量金屬鈉需要用到的實驗用品有_____，_____，玻璃片和小刀等。（2）請配平第①步反應(yīng)的化學(xué)方程式：□NaBO2+□SiO2+□Na+□H2==□NaBH4+□Na2SiO3（3）第②步分離采用的方法是______；第③步分離（NaBH4）并回收溶劑，采用的方法是______。（4）NaBH4（s）與水（l）反應(yīng)生成NaBO2（s）和氫氣（g），在25℃，101KPa下，已知每消耗3.8克NaBH4（s）放熱21.6KJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是_______。14．【2015新課標1卷】（14分）硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦（主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示：回答下列問題：（1）寫出Mg2B2O5·H2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式_____________。為提高浸出速率，除適當增加硫酸濃度濃度外，還可采取的措施有_________（寫出兩條）。（2）利用的磁性，可將其從“浸渣”中分離?！敖敝羞€剩余的物質(zhì)是______（寫化學(xué)式）。（3）“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是_______。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是________。（4）“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是（填名稱）。（5）以硼酸為原料可制得硼氫化鈉（NaBH4），它是有機合成中的重要還原劑，其電子式為_______。（6）單質(zhì)硼可用于生成具有優(yōu)良抗沖擊性能硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼，用化學(xué)方程式表示制備過程___________。15．【2015天津卷】（18分）廢舊印刷電路板是一種電子廢棄物，其中銅的含量達到礦石中的幾十倍。濕法技術(shù)是將粉碎的印刷電路板經(jīng)溶解、萃取、電解等操作得到純銅等產(chǎn)品。某化學(xué)小組模擬該方法回收銅和制取膽礬，流程簡圖如下：回答下列問題：（1）反應(yīng)Ⅰ是將Cu轉(zhuǎn)化為Cu(NH3)42+，反應(yīng)中H2O2的作用是。寫出操作①的名稱：。（2）反應(yīng)II是銅氨溶液中的Cu(NH3)42+與有機物RH反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的離子方程式：。操作②用到的主要儀器名稱為，其目的是（填序號）。a．富集銅元素b．使銅元素與水溶液中的物質(zhì)分離c．增加Cu2＋在水中的溶解度（3）反應(yīng)Ⅲ是有機溶液中的CuR2與稀硫酸反應(yīng)生成CuSO4和。若操作③使用下圖裝置，圖中存在的錯誤是。（4）操作④以石墨作電極電解CuSO4溶液。陰極析出銅，陽極產(chǎn)物是。操作⑤由硫酸銅溶液制膽礬的主要步驟是。（5）流程中有三次實現(xiàn)了試劑的循環(huán)使用，已用虛線標出兩處，第三處的試劑是。循環(huán)使用的NH4Cl在反應(yīng)Ⅰ中的主要作用是。16．【2015四川卷】（16分）為了保護環(huán)境，充分利用資源，某研究小組通過如下簡化流程，將工業(yè)制硫酸的硫鐵礦燒渣（鐵主要以Fe2O3存在）轉(zhuǎn)變成重要的化工原料FeSO4（反應(yīng)條件略）?；罨蜩F礦還原Fe3+的主要反應(yīng)為：FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4，不考慮其他反應(yīng)。請回答下列問題：（1）第Ⅰ步H2SO4與Fe2O3反應(yīng)的離子方程式是。（2）檢驗第Ⅱ步中Fe3+是否完全還原，應(yīng)選擇（填字母編號）。A．KMnO4溶液B．K3[Fe(CN)6]溶液C．KSCN溶液（3）第Ⅲ步加FeCO3調(diào)溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空氣使溶液pH降到5.2，此時Fe2+不沉淀，濾液中鋁、硅雜質(zhì)除盡。通入空氣引起溶液pH降低的原因是。（4）FeSO4可轉(zhuǎn)化為FeCO3，F(xiàn)eCO3在空氣中加熱反應(yīng)可制得鐵系氧化物材料。已知25℃，101kPa時：4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)=-1648kJ/molC(s)+O2(g)=CO2(g)=-393kJ/mol2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s)=-1480kJ/molFeCO3在空氣中加熱反應(yīng)生成Fe2O3的熱化學(xué)方程式是。（5）FeSO4在一定條件下可制得FeS2(二硫化亞鐵)納米材料。該材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時的總反應(yīng)為4Li+FeS2=Fe+2Li2S，正極反應(yīng)式是。（6）假如燒渣中的鐵全部視為Fe2O3，其含量為50%。將akg質(zhì)量分數(shù)為b%的硫酸加入到ckg燒渣中浸取，鐵的浸取率為96%，其他雜質(zhì)浸出消耗的硫酸以及調(diào)pH后溶液呈微酸性所殘留的硫酸忽略不計。按上述流程，第Ⅲ步應(yīng)加入FeCO3kg。17．【2015山東卷】（19分）毒重石的主要成分BaCO3（含Ca2+、Mg2+、Fe3+等雜質(zhì)），實驗室利用毒重石制備BaCl2·2H2O的流程如下:（1）毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨，目的是。實驗室用37%的鹽酸配置15%的鹽酸，除量筒外還需使用下列儀器中的。a．燒杯b．容量瓶c．玻璃棒d．滴定管（2）Ca2+Mg2+Fe3+開始沉淀時的pH11.99.11.9完全沉淀時的pH13.911.13.2加入NH3·H2O調(diào)節(jié)pH=8可除去（填