2020屆福建高三化學(xué)工業(yè)流程大題周練-以砷元素為載體

2020屆福建高三化學(xué)工業(yè)流程大題周練——以砷元素為載體某工業(yè)廢水中獲取的砷濾餅的主要成分包含As2S3、CuS、Bi2S3。采用硫化鈉浸出砷—硫酸沉淀砷的工藝可回收砷濾餅中的銅和鉍并制得砷酸(H3AsO4)，工藝流程如下：

已知：As2S3在溶液中的溶解度隨溫度升高而增大。

回答下列問題：

(1)操作A的名稱是__________。

(2)步驟②發(fā)生非氧化還原反應(yīng)，離子方程式為________________________。

(3)步驟③焙燒反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為______，吸收焙燒生成氣體的試劑是________。

(4)步驟④的化學(xué)方程式為________________________。

(5)為確定最優(yōu)化工藝條件，采用單因素試驗(yàn)考查對(duì)硫化鈉浸出砷和硫酸沉淀砷的影響因素。

①控制反應(yīng)溫度為35℃，反應(yīng)時(shí)間1.5h，硫化鈉過量系數(shù)對(duì)砷浸出率的影響的試驗(yàn)結(jié)果如圖甲。實(shí)際選取硫化鈉過量系數(shù)為1.5，原因是______________。

②反應(yīng)溫度對(duì)硫酸沉淀砷的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖乙。結(jié)合步驟②的反應(yīng)，說明砷沉淀率在60℃之前隨溫度升高而增大可能的原因：_________，之后繼續(xù)升高溫度，砷沉淀率下降主要原因可能是__________。

工業(yè)上利用硫砷礦(主要成分為三硫化二砷)制備砷單質(zhì)，并利用氨水吸收二氧化硫制備亞硫酸銨，其工藝流程如下。(1)砷元素和氮元素位于同一主族，則砷在周期表中的位置為__________。(2)寫出硫化砷在空氣中高溫煅燒的化學(xué)方程式：__________________________________。(3)三氧化二砷被還原為砷單質(zhì)的反應(yīng)中氧化劑與氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為__________。(4)已知常溫下亞硫酸的電離常數(shù)Ka1=1.5×10?2、①常溫下亞硫酸氫銨溶液顯__________(填“酸性”、“中性”或“堿性”)；②反應(yīng)SO32?+(5)亞砷酸根在堿性條件下被碘單質(zhì)氧化為砷酸根的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，試寫出該反應(yīng)的離子方程式：______________________________________；向上述溶液中加入稀硫酸，寫出該過程中氧化反應(yīng)的反應(yīng)式：______________________________。工業(yè)上采用酸性高濃度含砷廢水(砷主要以亞砷酸H3AsO3形式存在)提取中藥藥劑A回答下列問題：(1)已知砷元素與N同一主族，原子比N原子多兩個(gè)電子層，則砷元素的原子序數(shù)為________，“沉砷”中所用Na2S(2)已知：As2S3與過量的S2?存在以下反應(yīng)：A(3)“焙燒”過程中由于條件的原因，生成的三氧化二鐵中混有四氧化三鐵，證明四氧化三鐵存在的試劑是_________________________________。(寫名稱)(4)調(diào)節(jié)pH=0時(shí)，由Na3AsO4(5)一定條件下，用雄黃(As4S4)制備As2O3的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。若反應(yīng)中，1molAs4S4(其中As元素的化合價(jià)為+2(6)某原電池裝置如下圖，電池總反應(yīng)為：AsO43?+2I?+H2O?AsOAs2O3在玻璃工業(yè)中常用作澄清劑和脫色劑，工業(yè)上采用酸性高濃度含砷廢水(主要以H3As回答下列問題：(1)上述流程的_______過程中由于條件的原因，造成生成物中混有Fe3O4，為證明Fe(2)調(diào)節(jié)pH=0時(shí)，由Na3AsO_________________________。(3)常溫下，用NaOH溶液滴定H3AsO①H3AsO3為_______元②pH由7調(diào)節(jié)至10的過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________。③H3AsO(4)濾渣Ⅰ中含有FeAsO4、Fe(OH)3、Ca3(AsO4)2和_________(填化學(xué)式)；已知FeAsO4的Ksp=5.7×10?21，含砷污染物允許排放標(biāo)準(zhǔn)為不大于0.5?mg·L?1。若低濃度含砷廢水(某含砷(As)的有毒工業(yè)廢水經(jīng)下圖流程轉(zhuǎn)化為粗As2O3。已知：亞砷酸鈣微溶于水，砷酸鈣難溶于水。

(1)砷是氮的同族元素，且比氮多2個(gè)電子層，則AsH3的電子式為(2)“堿浸”的目的是將廢水中的H3AsO3和H3AsO(3)加入試劑1的目的是________。(4)“沉砷”是將砷元素轉(zhuǎn)化為CaA.Ca(OH)2B.5Ca2+資料表明：“沉砷”的最佳溫度是85?℃，溫度高于85?℃，隨溫度升高沉淀率下降，從平衡移動(dòng)角度分析其原因是________。(5)流程中不“沉砷”直接“酸化”的弊端是________。(6)通過對(duì)H3AsO3溶液進(jìn)行加熱，再過濾可制得粗As2O3。As2O3在不同溫度和不同濃度硫酸中的溶解度(7)從綠色化學(xué)和綜合利用的角度考慮，濾液2需要處理，其方法是________。最新研究表明As2O3在醫(yī)藥領(lǐng)域有重要應(yīng)用。某小組從工業(yè)廢料中提取As2已知：H3(1)寫出一條“堿浸”時(shí)提高浸取率的方法________；“堿浸”中H3AsO3轉(zhuǎn)化成(2)“氧化”時(shí)常在向混合液中通入O2時(shí)對(duì)體系加壓，目的是________(3)“沉砷”過程中有如下反應(yīng)：①Ca②5C沉砷率與溫度關(guān)系如圖。沉砷最佳溫度為________，高于85℃時(shí)，沉砷率下降的原因是________。

(4)“還原”過程中獲得H3AsO3的化學(xué)反應(yīng)方程式為________；“操作A”為：________、過濾；濾液(5)若每步均完全反應(yīng)，“氧化”和“還原”時(shí)消耗相同條件下O2和SO2體積分別為xL、yL，則廢水中nH3AsO3:nH雄黃(As4S4)已知：砷在元素周期表中，位于硅元素相鄰的右下角位置。(1)操作1的名稱________。(2)寫出雌黃漿中通入氧氣的化學(xué)方程式________。(3)在粗砷的提純過程中通常將溫度控制在473?K以上，其目的是什么？________。(4)在粗砷的提純過程中，通入氯氣這步操作為什么必須在干燥的環(huán)境中進(jìn)行？________。(5)寫出H3AsO4在灼燒條件下生成(6)砒霜的主要成分是As2O3，古時(shí)候確定人是否砒霜中毒，常用馬氏試砷法。其原理是在含砒霜的物質(zhì)中加入Zn和稀硫酸，得到一種氣體A，加熱氣體A，會(huì)得到單質(zhì)砷。請(qǐng)寫出(7)H3AsO3(亞砷酸)，是三元弱酸，第一步和第二步產(chǎn)生H+中國自古有“信口雌黃”、“雄黃入藥”之說。雌黃As2S3和雄黃As4S4都是自然界中常見的砷化物。

(1)冶煉廢水中砷元素主要以亞砷酸(H3AsO3)形式存在，可用化學(xué)沉降法處理酸性高濃度含砷廢水，其工藝流程如下：

已知：I.As2S3與過量的S2?存在以下反應(yīng)：As2S3(s)+3S2?(aq)?2AsS33?(aq)；

II.亞砷酸鹽的溶解性大于相應(yīng)砷酸鹽．

①亞砷酸中砷元素的化合價(jià)為______；

②砷酸的第一步電離方程式為______；

③“一級(jí)沉砷”中FeSO4的作用是______；

④“二級(jí)沉砷”中H2O2與含砷物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式為______；

⑤沉淀X為______(填化學(xué)式)．

(2)冶煉廢渣中的砷元素主要以As2O3的形式存在，可用古氏試砷法半定量檢測。

步驟1：取10g廢渣樣品，粉碎后與鋅粉混合，加入H2SO4共熱，生成As砷為VA族元素，金屬冶煉過程產(chǎn)生的含砷有毒廢棄物需處理與檢測。I.冶煉廢水中砷元素主要以亞砷酸(H已知：①As2S3與過量的S2?(1)亞砷酸中砷元素的化合價(jià)為______；砷酸的第一步電離方程式為_________________________________。(2)“一級(jí)沉砷”中FeSO4的作用是______________________；“二級(jí)沉砷”中H2(3)沉淀X為________________(填化學(xué)式)。Ⅱ.冶煉廢渣中的砷元素主要以As2S3的形式存在，粉碎后與鋅粉混合，加入H2SO4共熱，生成(4)AsH3的電子式為________________答案和解析1.【答案】(1)過濾；

(2)2AsS?3?3?

+

6H+

=?As2S3↓+?3H2S↑；

(3)?9:2；NaOH溶液；

(4)As2O3+2H2O2+H2【解析】【分析】本題考查了物質(zhì)分離提純基本實(shí)驗(yàn)操作，考查學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力，理解記憶和多動(dòng)手操作是解題的關(guān)鍵。

【解答】

(1)操作A是分離液體和固體，故是過濾。故填：過濾；

(2)步驟②發(fā)生非氧化還原反應(yīng)，是AsS?3?3?與氫離子的反應(yīng)，故填：2AsS?3?3?

+

6H+

=?As2S3↓+?3H2S↑；

(3)步驟③焙燒反應(yīng)中，是硫化砷和氧氣反應(yīng)生成二氧化硫和氧化砷，氧化劑是氧氣，硫化砷是還原劑。氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為9:2，吸收焙燒生成氣體的試劑是可用堿性試劑。故填：

9:2；NaOH溶液；

(4)步驟④的化學(xué)方程式為As2O3+2H2O2+H2O?=2H3AsO4；故填：As2O3+2H2O2+H2O?=2H3AsO4；

(5)①實(shí)際選取硫化鈉過量系數(shù)為1.5，原因是：從Na2S過量系數(shù)從1.0到1.5的過程中，砷浸出率顯著增大；當(dāng)Na2S過量系數(shù)從1.5繼續(xù)增大時(shí)，砷浸出率增加不明顯，而成本提高；故填：從Na2S過量系數(shù)從1.0到1.5的過程中，砷浸出率顯著增大；當(dāng)Na2S過量系數(shù)從1.5繼續(xù)增大時(shí)，砷浸出率增加不明顯，而成本提高；

②反應(yīng)溫度對(duì)硫酸沉淀砷的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖乙。結(jié)合步驟②的反應(yīng)，說明砷沉淀率在60℃之前隨溫度升高而增大可能的原因：溫度升高反應(yīng)速率加快，之后繼續(xù)升高溫度，砷沉淀率下降主要原因可能是溫度升高，有利于H【解析】【分析】

本題以As為載體考查化學(xué)方程式和離子方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)的分析、溶液酸堿性的判斷，掌握氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)、平衡常數(shù)的計(jì)算、弱電解質(zhì)的電離和鹽的水解是解題的關(guān)鍵，側(cè)重分析問題能力的考查，難度中等。

【解答】

(1)As的原子序數(shù)為33，在周期表中的位置為：第四周期ⅤA族，

故答案為：第四周期ⅤA族；

(2)由圖示可知，三硫化二砷在空氣中灼燒生成三氧化二砷和二氧化硫，三硫化二砷在空氣中高溫煅燒的化學(xué)方程式為2As2S3+9O22As2O3+6SO2，

故答案為：：2As2S3+9O22As2O3+6SO2；

(3)三氧化二砷被還原為砷單質(zhì)的反應(yīng)方程式為：As2O3+3C2As+3CO↑，反應(yīng)中As的化合價(jià)降低，As2O3為氧化劑，C的化合價(jià)升高，CO為氧化產(chǎn)物，二者的物質(zhì)的量之比為1∶3，

故答案為：1∶3；

(4)①亞硫酸氫銨溶液中，存在HSO3??H++SO32?、HSO3?+H2O?H2SO3+OH?、NH4++H2O?NH3·H2O+H+，而且HSO3【解析】【分析】

本題考查物質(zhì)制備方案設(shè)計(jì)，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)原理為解答關(guān)鍵，注意把握物質(zhì)性質(zhì)以及對(duì)題目信息的獲取與使用，試題側(cè)重于考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

【解答】

(1)已知砷元素與N同一主族，原子比N原子多兩個(gè)電子層，則砷元素的原子序數(shù)為：7+8+18=33；硫化鈉是離子化合物，其電子式是；

故答案為：33；；

(2)FeSO4的作用是與過量的S2?結(jié)合生成FeS沉淀，除去過量的硫離子，使As2S3+3S2??2AsS32?平衡逆向進(jìn)行，提高沉砷效果，防止As2S3與S2?結(jié)合生成AsS33?；

故答案為：與過量的S2?結(jié)合生成FeS沉淀，防止As2S3與S2?結(jié)合生成AsS33?(或與S2?結(jié)合生成FeS沉淀，使平衡左移，提高沉砷效果)；

(3)“焙燒”過程中由于條件的原因，生成的三氧化二鐵中混有四氧化三鐵，只需要檢驗(yàn)溶液中存在亞鐵離子即可?？梢詫⒐腆w用硫酸溶解，滴加鐵氰化鉀溶液(或酸性高錳酸鉀溶液)，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀(或酸性高錳酸鉀溶液褪色)，則要證明有四氧化三鐵存在的試劑是：稀硫酸、鐵氰化鉀(或稀硫酸、高錳酸鉀)；故答案為：稀硫酸、鐵氰化鉀(或稀硫酸、高錳酸鉀)；

(4)調(diào)節(jié)pH=0時(shí)，Na3AsO4被二氧化硫還原為As2O3，結(jié)合得失電子守恒可得離子方程式是：2AsO43?+2SO2+2H+=As2O3↓+2SO42?+H2O；

故答案為：2AsO【解析】【分析】

本題考查離子方程式的書寫，無機(jī)綜合推斷，無機(jī)工業(yè)流程，化學(xué)平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，解題關(guān)鍵在于熟識(shí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并靈活運(yùn)用，難度不大。

【解答】

(1)根據(jù)流程可以分析煅燒階段可以生成Fe3O4；Fe3O4具有磁性，可以被磁鐵吸引，利用這一物理性質(zhì)可以檢驗(yàn)是否含有Fe3O4；

故答案為：煅燒；磁；

(2)根據(jù)流程N(yùn)a3AsO4與SO2反應(yīng)，生成As2O3，As的化合價(jià)降低，S的化合價(jià)升高，故該反應(yīng)的離子方程式為2AsO43?+2SO2+2H+=As2O3↓+2SO42?+H2O；

故答案為：2AsO43?+2SO2+2H+=As2O3↓+2SO42?+H2O；

(3)①根據(jù)圖像可知，與NaOH溶液反應(yīng)生成AsO33?，說明H3AsO3為三元酸；再根據(jù)溶液中還含有H2AsO3?和HAsO32?，說明H3AsO3為弱酸；

故答案為：三；弱；

②pH由7調(diào)至10時(shí)，H3AsO3轉(zhuǎn)化為H2AsO3?，反應(yīng)的離子方程式為H3AsO3+OH?=H2【解析】【分析】

本題考查混合物分離提純，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的性質(zhì)、混合物分離提純流程、氧化還原反應(yīng)、平衡移動(dòng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾?，綜合性較強(qiáng)，題目難度不大。

【解答】

(1)AsH3和氨氣分子結(jié)構(gòu)相似，為共價(jià)化合物，砷原子和三個(gè)氫原子形成三個(gè)As?H鍵，電子式為：，

故答案為：；

(2)H3AsO4轉(zhuǎn)化為Na3AsO4反應(yīng)的離子方程式為H3AsO4+3OH?=AsO43?+3H2O，故答案為：H3AsO4+3OH?=AsO43?+3H2O；

(3)試劑1應(yīng)為氧化劑，可為過氧化氫等，將AsO33?氧化生成AsO43?，故答案為：將AsO33?氧化為AsO43?；

(4)沉砷”是將砷元素轉(zhuǎn)化為Ca5(AsO4)3OH沉淀，發(fā)生的主要反應(yīng)有：A.Ca(OH)2(s)?Ca2+(aq)+2OH?(aq)△H<0，B.5Ca2++OH?+3AsO43??Ca5(AsO4)3OH

△H>0，溫度高于85℃后，反應(yīng)A平衡逆向移動(dòng)，c(Ca2+)下降，反應(yīng)B平衡逆向移動(dòng)，Ca5(AsO4【解析】【分析】

本題以工藝流程為載體考查化學(xué)平衡等相關(guān)知識(shí)，試題具有較強(qiáng)的綜合性，屬于高考的高頻考點(diǎn)，有利于考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力，試題難度一般。

【解答】

(1)堿浸時(shí)提高浸取率的方法有攪拌或多次浸取，堿浸時(shí)亞砷酸轉(zhuǎn)化為亞砷酸鈉的離子方程式為：H3AsO3+3OH?=AsO33?+3H2O，故答案為：攪拌或多次浸?。籋3AsO3+3OH?=AsO33?+3H2O；

(2)氧化時(shí)通入氧氣加壓的目的是增大氧氣的溶解度，加快反應(yīng)速率，故答案為：增大O2的溶解度，加快反應(yīng)速度；

(3)根據(jù)圖像分析可知沉砷的最佳溫度為85℃，結(jié)合反應(yīng)可知隨著溫度升高，反應(yīng)①中c(Ca2+)、c(OH?)減小，溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響①大于②，使反應(yīng)②中平衡逆向移動(dòng)，Ca5(OH)(AsO4)3的沉淀率下降，故答案為：85℃；高于85℃，隨著溫度升高，反應(yīng)①中c(Ca2+)、c(OH?)減小，溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響①大于②，使反應(yīng)②中平衡逆向移動(dòng)，Ca5(OH)(AsO4)3的沉淀率下降；【解析】【分析】

本題以砷的制備為載體考查方程式書寫、物質(zhì)的分離等，解答這類問題需要熟練掌握實(shí)驗(yàn)的分離操作、反應(yīng)原理的知識(shí)以及元素化合物的相關(guān)知識(shí)，試題難度一般。

【解答】

(1)根據(jù)流程分析可知操作1之后得到了淡黃色沉淀，因此操作1為過濾，

故答案為：過濾；

(2)根據(jù)流程分析可知雌黃漿中通入氧氣生成了砷酸和硫單質(zhì)，對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式為：2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S，

故答案為：2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S；

(3)在粗砷的提純過程中通常將溫度控制在473?K以上，其目的是使AsCl3汽化，與雜質(zhì)分離，

故答案為：使AsCl3汽化，與雜質(zhì)分離；

(4)根據(jù)題目信息分析可知三氯化砷與水容易發(fā)生水解反應(yīng)，因此在粗砷的提純過程中，通入氯氣這步操作在干燥環(huán)境的目的是防止AsCl3水解，

故答案為：防止AsCl3水解；

(5)H3AsO4在灼燒條件下生成As2O3的化學(xué)方程式為：2H3AsO4ΔAs2O3+O2↑+3【解析】【分析】

本題考查了物質(zhì)制備方案設(shè)計(jì)，主要考查了化學(xué)方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)、環(huán)境保護(hù)等，注意把握物質(zhì)性質(zhì)以及對(duì)題目信息