2024高考一輪復(fù)習(xí) 第四章 非金屬及其化合物 實踐素養(yǎng)檢測（一）　無機化工流程（36張PPT）

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實踐素養(yǎng)檢測（一）無機化工流程

1.硫酸鋅（ZnSO4）是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫(yī)學(xué)上有諸多應(yīng)用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備，菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質(zhì)為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下：

離子Ksp

Fe3＋4.0×10－38

Zn2＋6.7×10－17

Cu2＋2.2×10－20

Fe2＋8.0×10－16

Mg2＋1.8×10－11

本題中所涉及離子的氫氧化物溶度積常數(shù)如下表：

（2）加入物質(zhì)X調(diào)溶液pH＝5，最適宜使用的X是（填字母）。

A.NH3·H2OB.Ca（OH）2C.NaOH

濾渣①的主要成分是、、。

（3）濾液②中加入鋅粉的目的是。

回答下列問題：

（1）為了提高鋅的浸取效果，可采取的措施有、

。

（4）濾渣④與濃H2SO4反應(yīng)可以釋放HF并循環(huán)利用，同時得到的副產(chǎn)物是、。

解析：制備ZnSO4·7H2O的流程分析

（2）加入物質(zhì)X調(diào)溶液pH＝5，為了不引入新的陽離子，故X宜選用Ca（OH）2；pH＝5時，c（OH－）＝10－9mol·L－1，根據(jù)表中各離子的氫氧化物的Ksp可知，只有Fe3＋能完全沉淀。

答案：（1）將菱鋅礦產(chǎn)品粉碎、適當增大硫酸濃度、升高浸取時的反應(yīng)溫度等（任寫兩條，答案合理即可）

（2）BSiO2CaSO4Fe（OH）3

（3）除去Cu2＋

（4）CaSO4MgSO4

2.銨浸法由白云石[主要成分為CaMg（CO3）2，含F(xiàn)e2O3、SiO2雜質(zhì)]制備高純度碳酸鈣和氧化鎂。其流程如下：

已知：

物質(zhì)Ca（OH）2Mg（OH）2CaCO3MgCO3

Ksp5.5×10－61.8×10－122.8×10－93.5×10－8

（1）煅燒白云石的化學(xué)方程式為。

解析：白云石煅燒時，CaMg（CO3）2高溫分解生成氧化鈣、氧化鎂和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaMg（CO3）2CaO＋MgO＋2CO2↑。

答案：CaMg（CO3）2CaO＋MgO＋2CO2↑

（2）根據(jù)下表數(shù)據(jù)分析：

n（NH4Cl）∶n（CaO）CaO浸出率/%MgO浸出率/%w（CaCO3）理論值/%w（CaCO3）

實測值/%

2.1∶198.41.199.7－

2.2∶198.81.599.299.5

2.3∶198.91.898.899.5

2.4∶199.16.095.697.6

備注：ⅰ.MO浸出率＝×100%（M代表Ca或Mg）

ⅱ.CaCO3純度計算值為濾液A中鈣、鎂全部以碳酸鹽形式沉淀時計算出的產(chǎn)品中CaCO3純度。

①“沉鈣”反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

②CaO浸出率遠高于MgO浸出率的原因為

。

③不宜選用的“n（NH4Cl）∶n（CaO）”數(shù)值為。

④蒸餾時，隨餾出液體積增大，MgO浸出率可由68.7%增加至98.9%，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理解釋MgO浸出率提高的原因為。

解析：（2）①“沉鈣”時發(fā)生的反應(yīng)為CO2與氯化鈣和NH3·H2O混合溶液反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀、NH4Cl和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaCl2＋2NH3·H2O＋CO2CaCO3↓＋2NH4Cl＋H2O；②由題給溶度積數(shù)據(jù)可知，Ca（OH）2的溶度積大于Mg（OH）2，溶液中Ca（OH）2的濃度大于Mg（OH）2，能與氯化銨溶液反應(yīng)生成氯化鈣和一水合氨，而Mg（OH）2不能反應(yīng)，所以氧化鈣的浸出率遠高于氧化鎂；③由題給數(shù)據(jù)可知，氯化銨和氧化鈣的物質(zhì)的量比為2.4∶1時，氧化鎂的浸出率最高，而碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)無論是理論值還是實測值都最低，所以不宜選用的物質(zhì)的量比為2.4∶1；④（NH4）2SO4是強酸弱堿鹽，銨根離子在溶液中的水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，加熱蒸餾時，NH3逸出促進銨根離子水解，溶液中H＋濃度增大，有利于Mg（OH）2完全溶解轉(zhuǎn)化為MgSO4，所以氧化鎂浸出率提高。

答案：①CaCl2＋2NH3·H2O＋CO2CaCO3↓＋2NH4Cl＋H2O②Ca（OH）2的溶度積大于Mg（OH）2，溶液中Ca（OH）2能與NH4Cl反應(yīng)，而Mg（OH）2不能③2.4∶1④Mg（OH）2＋（NH4）2SO4MgSO4＋2NH3↑＋2H2O，蒸餾時，NH3逸出促進N水解，溶液中H＋濃度增大，有利于Mg（OH）2完全轉(zhuǎn)化為MgSO4

（3）濾渣C為。

解析：濾渣C為氧化鐵、二氧化硅。

答案：SiO2、Fe2O3

（4）可循環(huán)利用的物質(zhì)為。

解析：制備分離過程中NH4Cl溶液和（NH4）2SO4溶液可以循環(huán)利用。

答案：NH4Cl、（NH4）2SO4

3.全球?qū)︿囐Y源的需求不斷增長，“鹽湖提鋰”越來越受到重視。某興趣小組取鹽湖水進行濃縮和初步除雜后，得到濃縮鹵水（含有Na＋、Li＋、Cl－和少量Mg2＋、Ca2＋），并設(shè)計了以下流程通過制備碳酸鋰來提取鋰。

化合物Ksp

Mg（OH）25.6×10－12

Ca（OH）25.5×10－6

CaCO32.8×10－9

Li2CO32.5×10－2

25℃時相關(guān)物質(zhì)的參數(shù)如下：

LiOH的溶解度：12.4g/100gH2O

答案：Mg（OH）2

（2）向“濾液1”中加入適量固體Li2CO3的目的是。

解析：濾液1中含有Na＋、Li＋、Cl－和Ca2＋，結(jié)合已知條件：LiOH的溶解度和某些化合物的溶度積常數(shù)，可推測，加入Li2CO3的目的是將Ca2＋轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀除去，同時不引入新雜質(zhì)。

答案：將Ca2＋轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀除去，同時不引入新雜質(zhì)

回答下列問題：

（1）“沉淀1”為。

解析：濃縮鹵水中含有Mg2＋，當加入石灰乳后，轉(zhuǎn)化為Mg（OH）2沉淀，所以沉淀1為Mg（OH）2。

（3）為提高Li2CO3的析出量和純度，“操作A”依次為、、洗滌。

解析：由Li2CO3的溶解度曲線可知，溫度升高，Li2CO3的溶解度降低，即在高溫時，溶解度小，有利于析出Li2CO3，所以為提高Li2CO3的析出量和純度，需要在較高溫度下析出并過濾得到沉淀，即“操作A”依次為蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌。

答案：蒸發(fā)濃縮趁熱過濾

（4）有同學(xué)建議用“侯氏制堿法”的原理制備Li2CO3。查閱資料后，發(fā)現(xiàn)文獻對常溫下的Li2CO3有不同的描述：①是白色固體；②尚未從溶液中分離出來。為探究LiHCO3的性質(zhì)，將飽和LiCl溶液與飽和NaHCO3溶液等體積混合，起初無明顯變化，隨后溶液變渾濁并伴有氣泡冒出，最終生成白色沉淀。上述現(xiàn)象說明，在該實驗條件下LiHCO3（填“穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”），有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為。

解析：飽和LiCl溶液和飽和NaHCO3溶液等體積混合后，產(chǎn)生了LiHCO3和NaCl，隨后LiHCO3分解產(chǎn)生了CO2和Li2CO3。

答案：不穩(wěn)定2LiHCO3Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O

（5）他們結(jié)合（4）的探究結(jié)果，擬將原流程中向“濾液2”加入Na2CO3改為通入CO2。這一改動能否達到相同的效果，作出你的判斷并給出理由。

解析：“濾液2”中含有LiOH，加入Na2CO3，目的是將LiOH轉(zhuǎn)化為Li2CO3。若改為通入過量的CO2，則LiOH轉(zhuǎn)化為LiHCO3，結(jié)合（4）的探究結(jié)果，LiHCO3也會很快分解產(chǎn)生Li2CO3，所以這一改動能達到相同的效果。

答案：能達到相同效果，因為改為通入過量的CO2，則LiOH轉(zhuǎn)化為LiHCO3，結(jié)合（4）的探究結(jié)果，LiHCO3也會很快分解產(chǎn)生Li2CO3，所以這一改動能達到相同的效果

4.稀土（RE）包括鑭、釔等元素，是高科技發(fā)展的關(guān)鍵支撐。我國南方特有的稀土礦可用離子交換法處理，一種從該類礦（含鐵、鋁等元素）中提取稀土的工藝如下：

已知：月桂酸（C11H23COOH）熔點為44℃；月桂酸和（C11H23COO）3RE均難溶于水。該工藝條件下，稀土離子保持＋3價不變；（C11H23COO）2Mg的Ksp＝1.8×10－8；Al（OH）3開始溶解時的pH為8.8；有關(guān)金屬離子沉淀的相關(guān)pH見下表。

離子Mg2＋Fe3＋Al3＋RE3＋

開始沉淀時的pH8.81.53.66.2～7.4

沉淀完全時的pH/3.24.7/

（1）“氧化調(diào)pH”中，化合價有變化的金屬離子是。

解析：由題意知，“氧化調(diào)pH”中只有鐵是變價金屬，鋁和稀土金屬元素均為＋3價，F(xiàn)e2＋被氧化為Fe3＋。

答案：Fe2＋

（2）“過濾1”前，用NaOH溶液調(diào)pH至的范圍內(nèi)，該過程中Al3＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

。

解析：“過濾1”所得“濾渣”為Fe（OH）3和Al（OH）3，應(yīng)調(diào)節(jié)的pH范圍為4.7≤pH＜6.2，pH小于6.2是防止RE3＋開始沉淀，該過程中Al3＋與OH－反應(yīng)生成Al（OH）3沉淀。

答案：4.7≤pH＜6.2Al3＋＋3OH－Al（OH）3↓

（3）“過濾2”后，濾餅中檢測不到Mg元素，濾液2中Mg2＋濃度為2.7g·L－1。為盡可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸鈉的加入量，但應(yīng)確保“過濾2”前的溶液中c（C11H23COO－）低于mol·L－1（保留兩位有效數(shù)字）。

解析：“濾液2”中Mg2＋濃度為2.7g·L－1，其物質(zhì)的量濃度為0.1125mol·L－1，Ksp[（C11H23COO）2Mg]＝c2（C11H23COO－）·c（Mg2＋），c2（C11H23COO－）＝mol2·L－2＝16×10－8mol2·L－2，c（C11H23COO－）＝mol·L－1＝4.0×10－4mol·L－1，若c（C11H23COO－）大于4.0×10－4mol·L－1，則形成的“濾餅”中會混入（C11H23COO）2Mg。

答案：4.0×10－4

（4）①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產(chǎn)率，其原因是。

②“操作X”的過程為：先，再固液分離。

解析：①“濾餅”的主要成分為（C11H23COO）3RE，為難溶物，攪拌可以增加其與鹽酸的接觸面積，加熱也可以加快固體的溶解，進而加快反應(yīng)速率。②加熱攪拌的溫度為55℃，而月桂酸的熔點為44℃，所以“操作X”（過濾）前，先要冷卻結(jié)晶，使月桂酸變成固體。

答案：①加熱攪拌可加快反應(yīng)速率②冷卻結(jié)晶

（5）該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有（寫化學(xué)式）。

解析：“濾液2”中含有MgSO4，可以用作“浸取”時加入的“酸化MgSO4溶液”。

答案：MgSO4

②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時，能在堿性溶液中高效催化O2的還原，發(fā)生的電極反應(yīng)為。

解析：①YCl3中Y為＋3價，PtCl4中Pt為＋4價，Pt3Y為合金，Pt和Y均可以看成0價，若生成1molPt3Y，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為（4×3＋3×1）mol＝15mol。②在氫氧燃料電池的堿性介質(zhì)中，O2得電子與水反應(yīng)生成OH－。

答案：①15②O2＋4e－＋2H2O4OH－

（6）稀土元素釔（Y）可用于制備高活性的合金類催化劑Pt3Y。

①還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時，生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移mol電子。

5.工業(yè)上以氟磷灰石[Ca5F（PO4）3，含SiO2等雜質(zhì)]為原料生產(chǎn)磷酸和石膏，工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）酸解時有HF產(chǎn)生。氫氟酸與SiO2反應(yīng)生成二元強酸H2SiF6，離子方程式為。

解析：氫氟酸與SiO2反應(yīng)生成二元強酸H2SiF6，該反應(yīng)的離子方程式為6HF＋SiO22H＋＋Si＋2H2O。

答案：6HF＋SiO22H＋＋Si＋2H2O

（2）部分鹽的溶度積常數(shù)見下表。精制Ⅰ中，按物質(zhì)的量之比n（Na2CO3）∶n（Si）＝1∶1加入Na2CO3脫氟，充分反應(yīng)后，c（Na＋）＝mol·L－1；再分批加入一定量的BaCO3，首先轉(zhuǎn)化為沉淀的離子是。

BaSiF6Na2SiF6CaSO4BaSO4

Ksp1.0×10－64.0×10－69.0×10－41.0×10－10

解析：精制Ⅰ中，按物質(zhì)的量之比n（Na2CO3）∶n（Si）＝1∶1加入Na2CO3脫氟，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiF6＋Na2CO3Na2SiF6↓＋CO2↑＋H2O，充分反應(yīng)后得到沉淀Na2SiF6，溶液中有飽和的Na2SiF6，且c（Na＋）＝2c（Si），根據(jù)Na2SiF6的溶度積可知Ksp＝c2（Na＋）·c（Si）＝4c3（Si），c（Si）

＝＝1.0×10－2（mol·L－1），因此c（Na＋）＝2c（Si）＝2.0×10－2mol·L－1；同時，粗磷酸中還有硫酸鈣的飽和溶液，c（Ca2＋）＝c（S）＝＝3.0×10－2（mol·L－1）；分批加入一定量的BaCO3，當BaSiF6沉淀開始生成時，c（Ba2＋）＝＝1.0×10－4（mol·L－1），當BaSO4沉淀開始生成時，c（Ba2＋）＝≈3.3×10－9（mol·L－1），因此，首先轉(zhuǎn)化為沉淀的離子是S，然后才是Si。

答案：2.0×10－2S

（3）S濃度（以SO3%計）在一定范圍時，石膏存在形式與溫度、H3PO4濃度（以P2O5%計）的關(guān)系如圖甲所示。酸解后，在所得100℃、P2O5%為45的混合體系中，石膏存在形式為（填化學(xué)式）；洗滌時使用一定濃度的硫酸溶液而不使用水，原因是，回收利用洗滌液X的操作單元是；一定溫度下，石膏存在形式與溶液中P2O5%和SO3%的關(guān)系如圖乙所示，下列條件能實現(xiàn)酸解所得石膏結(jié)晶轉(zhuǎn)化的是（填字母）。

A.65℃、P2O5%＝15、SO3%＝15

B.80℃、P2O5%＝10、SO3%＝20

C.65℃、P2O5%＝10、SO3%＝30

D.80℃、P2O5%＝10、SO3%＝10

解析：根據(jù)圖中的坐標信息，酸解后，在所得100℃、P2O5%為45的混合體系中，石膏存在形式為CaSO4·0.5H2O；CaSO4在硫酸中的溶解度小于在水中的，因此，洗滌時使用一定濃度的硫酸溶液而不使用水可以減少CaSO4的溶解損失，提高產(chǎn)品石膏的產(chǎn)率；洗滌液X中含有硫酸，其具有回收利用的價值，由于酸解時使用的也是硫酸，因此，回收利用洗滌液X的操作單元是：酸解。由圖甲信息可知，溫度越低，越有利于實現(xiàn)酸解所得石膏結(jié)晶的轉(zhuǎn)化，由圖乙信息可知，位于65℃線上方的晶體全部以CaSO4·0.5H2O形式存在，位于80℃線下方的晶體全部以CaSO4·2H2O形式存在，在兩線之間的以兩種晶體的混合物形式存在。P2O5%＝15，SO3%＝15；由圖乙信息可知，該點坐標位于兩個溫度線（65℃、80℃）之間，故不能實現(xiàn)晶體的完全轉(zhuǎn)化，A不符合題意；

P2O5%＝10、SO3%＝20，由圖乙信息可知，該點坐標位于兩個溫度線之間，故不能實現(xiàn)晶體的完全轉(zhuǎn)化，B不符合題意；P2O5%＝10、SO3%＝30，由圖乙信息可知，該點坐標位于65℃線上方，晶體全部以CaSO4·0.5H2O形式存在，故不能實現(xiàn)晶體轉(zhuǎn)化，C不符合題意；P2O5%＝10、SO3%＝10，由圖乙信息可知，該點坐標位于80℃線下方，晶體全部以CaSO4·2H2O形式存在，故能實現(xiàn)晶體的完全轉(zhuǎn)化，D符合題意。

答案：CaSO4·0.5H2O減少CaSO4的溶解損失，提高產(chǎn)品石膏的產(chǎn)率酸解D

6.蛋殼是一種很好的綠色鈣源，其主要成分為CaCO3。以蛋殼為原料制備葡萄糖酸鈣晶體{M[Ca（C6H11O7）2·H2O]＝448g·mol－1}，并對其純度進行測定，過程如下：

步驟Ⅰ.葡萄糖酸鈣晶體的制備

蛋殼白色固體懸濁液濾液產(chǎn)品

步驟Ⅱ.產(chǎn)品純度測定——KMnO4間接滴定法

①稱取步驟Ⅰ中制得的產(chǎn)品0.600g置于燒杯中，加入蒸餾水及適量稀鹽酸溶解；

②加入足量（NH4）2C2O4溶液，用氨水調(diào)節(jié)pH為4～5，生成白色沉淀，過濾、洗滌；

③將②洗滌后所得的固體溶于稀硫酸溶液中，用0.02000mol·L－1KMnO4標準溶液滴定，消耗KMnO4標準溶液25.00mL。

根據(jù)以上兩個步驟，回答下列問題：

（1）以上兩個步驟中不需要使用的儀器有（填字母）。

解析：蛋殼的主要成分是碳酸鈣，洗滌、干燥后灼燒蛋殼，碳酸鈣在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)生成氧化鈣和二氧化碳，加水浸泡后氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣，控制溶液pH在6～7的范圍內(nèi)，加入葡萄糖酸溶液，氫氧化鈣與葡萄糖酸溶液反應(yīng)生成葡萄糖酸鈣和水，過濾得到葡萄糖酸鈣溶液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到葡萄糖酸鈣晶體。

（1）過濾時要用到漏斗、灼燒時要用到坩堝、滴定時要