新教材適用2025版高考化學(xué)二輪總復(fù)習(xí)題型突破特訓(xùn)二化學(xué)工藝流程綜合題

題型突破特訓(xùn)(二)化學(xué)工藝流程綜合題1.(2024·廣東湛江二模)固體電解質(zhì)LATP的化學(xué)式為Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3，某探討人員以鈦鐵礦精粉(主要成分為FeTiO3，含少量Al2O3、SiO2)為原料合成LATP的工藝流程如圖所示。請回答下列問題：(1)基態(tài)Ti原子的核外電子排布式為_1s22s22p63s23p63d24s2__。(2)“堿浸”的目的是除去_Al2O3、SiO2__(填化學(xué)式)。(3)“堿浸”時加入適當(dāng)過量的NaOH溶液，“酸浸”時加入適當(dāng)過量的稀硫酸，且NaOH溶液和稀硫酸均不宜過量太多，其主要緣由是_適當(dāng)過量可以使反應(yīng)更充分，不能過量太多是防止過量NaOH、H2SO4腐蝕反應(yīng)容器，且后續(xù)處理浸液1和濾液2成本高__。(4)“沉鈦”時生成Ti3(PO4)4的化學(xué)方程式為4H3PO4＋3TiOSO4=Ti3(PO4)4↓＋3H2SO4＋3H2O。(5)本試驗洗滌Ti3(PO4)4時采納如圖所示裝置，該裝置為抽濾裝置，其原理是用抽氣泵使吸濾瓶中的壓強降低，達到快速固液分別的目的。其中“平安瓶”的作用是_防止吸濾瓶中的液體倒吸到抽氣泵中__。(6)常溫下，Ti3(PO4)4的Ksp＝a，當(dāng)溶液中c(Ti4＋)≤1.0×10－5mol·L－1時可認(rèn)為Ti4＋沉淀完全，則“沉鈦”時，溶液中c(POeq\o\al(3－,4))最低為eq\r(4,1015a)mol·L－1?！窘馕觥库佽F礦粉碎過篩后加入NaOH溶液，氧化鋁、二氧化硅和NaOH溶液反應(yīng)而除去，F(xiàn)eTiO3用稀硫酸酸浸，得到TiOSO4和FeSO4的混合溶液，加磷酸沉鈦，得到Ti3(PO4)4，Ti3(PO4)4和AlPO4、Li3PO4高溫反應(yīng)得到LATP。(1)Ti是22號元素，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2。(2)鈦鐵礦粉碎過篩后主要成分為FeTiO3，含少量Al2O3、SiO2，加入NaOH溶液“堿浸”的目的是除去雜質(zhì)Al2O3，SiO2。(3)NaOH溶液、H2SO4溶液均具有劇烈的腐蝕作用，NaOH溶液和稀硫酸均不宜過量太多，防止過量NaOH、H2SO4腐蝕反應(yīng)容器。(4)“沉鈦”時加入磷酸生成Ti3(PO4)4的化學(xué)方程式為4H3PO4＋3TiOSO4=Ti3(PO4)4↓＋3H2SO4＋3H2O。(5)抽濾原理是用抽氣泵使吸濾瓶中的壓強降低，抽氣泵中的壓強降低簡單出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象，須要加入“平安瓶”防止吸濾瓶中的液體倒吸到抽氣泵中。(6)Ti3(PO4)4(s)3Ti4＋(aq)＋4POeq\o\al(3－,4)(aq)，Ksp＝c3(Ti4＋)·c4(POeq\o\al(3－,4))當(dāng)Ti4＋沉淀完全時cmin(POeq\o\al(3－,4))＝eq\r(4,\f(Ksp,c3Ti4＋))＝eq\r(4,\f(a,10－53))mol·L－1＝eq\r(4,1015a)mol·L－1。2.(2024·湖北十一校二模)電子級氫氟酸是微電子行業(yè)的關(guān)鍵性基礎(chǔ)材料之一，由螢石粉(主要成分為CaF2，含有少量SiO2和微量As2O3等)制備工藝如下：回答下列問題：(1)“酸浸”時生成HF的化學(xué)方程式為CaF2＋H2SO4(濃)=CaSO4＋2HF↑，工業(yè)生產(chǎn)時往往會適當(dāng)加熱，目的是_加快反應(yīng)速率，提高CaF2的轉(zhuǎn)化率__。(2)“精餾1”設(shè)備運用的材料可選用_D__(填序號)。A．玻璃 B．陶瓷C．石英 D．金(3)已知H2SiF6是一種配位酸，酸性與硝酸相近，可與KMnO4溶液反應(yīng)制備極易溶于水的強酸HMnO4，反應(yīng)的離子方程式為2K＋＋SiFeq\o\al(2－,6)=K2SiF6↓。(4)“氧化”時將AsF3氧化為AsF5。AsF5的沸點高于AsF3，緣由是_AsF5、AsF3均為分子晶體(分子間均不存在氫鍵)，AsF5相對分子質(zhì)量大，范德華力大，熔沸點高__。(5)液態(tài)HF是酸性溶劑，能發(fā)生自偶電離：HFH＋＋F－，由于H＋和F－都溶劑化，常表示為3HFH2F＋＋HFeq\o\al(－,2)。在HF溶劑中AsF5、BF3呈酸性，HClO3、HNO3、H2O呈堿性，比如AsF5、HClO3的電離方程式分別為AsF5＋2HFAsFeq\o\al(－,6)＋H2F＋；HOClO2＋2HF(HO)2ClO＋＋HFeq\o\al(－,2)。在HF作用下：①寫出BF3與HNO3反應(yīng)的離子方程式BF3＋HNO3＋HF=(HO)2NO＋＋BFeq\o\al(－,4)。②已知：H2O與AsF5反應(yīng)生成HAsF6。結(jié)合H＋的實力：H2O_<__AsFeq\o\al(－,6)(填“>”“<”或“＝”)?！窘馕觥俊八峤卑l(fā)生CaF2＋H2SO4=CaSO4＋2HF↑，二氧化硅與HF發(fā)生SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，As2O3與HF發(fā)生As2O3＋6HF=2AsF3＋3H2O；“硫酸吸附”：加入硫酸，部分HF、SiF4以氣體形式釋放出去，然后加入水汲取為H2SiF4，部分HF、AsF3、多余硫酸進入精餾1；“精餾1”：因為硫酸熔沸點較高，因此精餾1中得到HF、AsF3；“氧化”：依據(jù)問題(4)，過氧化氫將AsF3氧化成熔沸點較高的AsF5；“精餾2”：蒸餾方法得到HF，據(jù)此分析。(1)HF易揮發(fā)，“酸浸”時發(fā)生難揮發(fā)性酸制備易揮發(fā)性酸，即生成HF的反應(yīng)方程式為CaF2＋H2SO4=CaSO4＋2HF↑；工業(yè)生產(chǎn)時往往會適當(dāng)加熱，其目的是加快反應(yīng)速率，提高CaF2的轉(zhuǎn)化率。(2)HF能與二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，玻璃、陶瓷、石英均含有二氧化硅，HF能腐蝕玻璃、陶瓷、石英，“精餾1”設(shè)備不能使玻璃、陶瓷、石英材料制作，HF不與金反應(yīng)，因此“精餾1”設(shè)備以金為材料；故選D。(3)KMnO4→HMnO4中Mn的價態(tài)沒有發(fā)生改變，H2SiF6酸性與硝酸相像，即H2SiF6為強酸，HMnO4為溶于水的強酸，該反應(yīng)為復(fù)分解反應(yīng)，生成K2SiF6沉淀，即離子方程式為2K＋＋SiFeq\o\al(2－,6)=K2SiF6↓。(4)AsF3、AsF5均為分子晶體，不含分子間氫鍵，因此相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔沸點越高，因此AsF5相對分子質(zhì)量大于AsF3，AsF5熔沸點高。(5)①HNO3在HF中呈堿性，其電離方程式為HNO3＋2HF(HO)2NO＋＋HFeq\o\al(－,2)，BF3在HF中呈酸性，其電離方程式為BF3＋2HFBFeq\o\al(－,4)＋H2F＋，因此兩者混合，發(fā)生類似的中和反應(yīng)，其離子方程式為BF3＋HNO3＋HF=(HO)2NO＋＋BFeq\o\al(－,4)。②H2O與AsF5反應(yīng)生成HAsF6，從而推出H2O結(jié)合H＋實力小于AsFeq\o\al(－,6)。3.(2024·遼寧大連二模)央視報道王者歸“錸”，我國利用新技術(shù)提純稀有金屬錸(Re)，為航空航天發(fā)動機領(lǐng)域作出重要貢獻。一種以鉬精礦(主要成分為MoS2、ReS2、CuReS2、CuS)為原料提純錸的工藝如下：已知：①加壓焙燒后的產(chǎn)物中有Ca(ReO4)2、CaMoO4。②酸性條件下，MoOeq\o\al(2－,4)可轉(zhuǎn)化為MoOeq\o\al(2＋,2)?；卮鹣铝袉栴}。(1)步驟Ⅰ中，加壓的目的是_增大氧氣濃度，加快反應(yīng)速率__，寫出MoS2在此焙燒過程中發(fā)生的化學(xué)方程式2MoS2＋9O2＋6CaOeq\o(=,\s\up7(△))2CaMoO4＋4CaSO4。(2)廢渣1的主要成分是_CaSO4(多答MnO2不扣分)__(填化學(xué)式)。浸出液中除含有HReO4、H2MoO4外，主要含有的金屬陽離子還有_Cu2＋和Mn2＋__。如圖表示萃取液流速與錸吸附率的關(guān)系，結(jié)合實際生產(chǎn)效益，萃取液流速最佳范圍為_C__BV/h。(填選項)A．2～4 B．4～6C．6～8 D．8～10(3)步驟Ⅵ的離子交換法是在c(H＋)>0.5mol/L的條件，用陰離子交換樹脂吸附ReOeq\o\al(－,4)，請用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)用語從平衡移動的角度說明“c(H＋)>0.5mol/L”的緣由MoOeq\o\al(2－,4)＋4H＋MoOeq\o\al(2＋,2)＋2H2O反應(yīng)，c(H＋)>0.5mol/L時，該平衡正向程度大，使Mo元素轉(zhuǎn)變?yōu)殛栯x子，不會被陰離子交換樹脂吸附，從而與Re元素分別。(4)pH＝3時，通過X射線能譜分析，產(chǎn)品中僅含有少量ReO3雜質(zhì)，并測得Re與O兩種原子的物質(zhì)的量之比為1∶0.30，則該條件下產(chǎn)品中單質(zhì)Re的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_88__%。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)【解析】鉬精礦加入CaO加壓焙燒得到Ca(ReO4)2、CaMoO4、CuO。加入稀H2SO4、MnO2酸浸，浸出液主要含有HReO4、H2MoO4、Mn2＋、Cu2＋等離子，廢渣主要為CaSO4。浸出液經(jīng)過沉鉬，得到鉬/錸浸出液，可采納離子交換或萃取/反萃取等方法分別鉬元素和錸元素。(1)加壓可增大氧氣濃度，從而加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)進行更加充分。MoS2加壓焙燒后轉(zhuǎn)化為CaMoO4，化學(xué)方程式為2MoS2＋9O2＋6CaOeq\o(=,\s\up7(△))2CaMoO4＋4CaSO4。(2)CaSO4微溶于水，則廢渣1的主要成分是CaSO4(還有過量的MnO2)。酸浸過程中MnO2作氧化劑，被還原為Mn2＋，則浸出液中主要含有的金屬陽離子還有Cu2＋和Mn2＋。實際生產(chǎn)中要使錸吸附率較大的狀況下盡可能提升萃取液流速，則依據(jù)圖示，最佳流速范圍為6～8BV/h，選擇C項。(3)步驟Ⅵ中存在MoOeq\o\al(2－,4)＋4H＋MoOeq\o\al(2＋,2)＋2H2O反應(yīng)，當(dāng)c(H＋)>0.5mol/L時，該平衡正向程度大，使Mo元素轉(zhuǎn)變?yōu)殛栯x子，不會被陰離子交換樹脂吸附，而Re主要以ReOeq\o\al(－,4)陰離子形式存在，因此Mo元素可以與Re元素分別。(4)Re與O兩種原子的物質(zhì)的量之比為1∶0.30，則Re原子與ReO3的物質(zhì)的量之比為1∶0.10，Re金屬與ReO3的物質(zhì)的量之比為0.90∶0.10，因此該條件下產(chǎn)品中單質(zhì)Re的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為eq\f(0.90×186,0.90×186＋0.10×186＋16×3)×100%＝88%。4.(2024·山東聊城二模)一種利用廢催化劑(含TiO2，WO3等)回收金屬Ti、W的工藝流程如圖所示。已知：①偏鈦酸鈉(Na2TiO3)難溶于水；“酸洗”時，Na2TiO3轉(zhuǎn)化為TiOCl2或TiOSO4，水解后得到H2TiO3；②當(dāng)溶液中某離子濃度≤1×10－5mol/L時，認(rèn)為該離子沉淀完全。請回答下列問題：(1)為加快“堿浸”的速率，可實行的措施為將廢催化劑粉碎、攪拌或增大NaOH溶液的濃度或加熱(任寫兩條)；“堿浸”時生成偏鈦酸鈉的離子方程式為TiO2＋2Na＋＋2OH－=Na2TiO3＋H2O。(2)銳鈦型和金紅石型是TiO2最常見的兩種晶體類型，煅燒H2TiO3過程中，TiO2會發(fā)生“銳鈦型→金紅石型”轉(zhuǎn)化，固體質(zhì)量殘留率和晶型轉(zhuǎn)化率隨溫度改變?nèi)鐖D1所示，晶型轉(zhuǎn)化過程中的能量改變?nèi)鐖D2所示。設(shè)計用“過濾”所得Na2TiO3制備金紅石型TiO2的操作方案_用鹽酸酸洗Na2TiO3，將生成的TiOCl2充分水解后，過濾、洗滌得到H2TiO3，在950_℃下煅燒H2TiO3至恒重__。(3)“煅燒”時，TiO2的提取率隨時間、溫度的改變關(guān)系如圖，提取TiO2的相宜條件為_30_min、500_℃__。(4)用固體二氧化鈦生產(chǎn)海綿鈦的裝置如圖，其原理是TiO2的氧解離進入熔融鹽中而得到金屬海綿鈦。電解過程中，b極是_正__極，陰極的電極反應(yīng)式為TiO2＋4e－=Ti＋2O2－。(5)將氫氧化鈣加入鎢酸鈉溶液中可得到鎢酸鈣，已知Ksp(CaWO4)＝4×10－10(mol/L)2，Ksp[Ca(OH)2]＝9×10－7(mol/L)3，當(dāng)溶液中WOeq\o\al(2－,4)沉淀完全時，溶液中c(OH－)最大值為_0.15__mol/L?！窘馕觥坑深}給流程可知，廢催化劑加入氫氧化鈉溶液堿浸時，二氧化鈦與氫氧化鈉溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)化犯難溶于水的偏鈦酸鈉，三氧化鎢與氫氧化鈉溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)化為鎢酸鈉，過濾得到偏鈦酸鈉和鎢酸鈉；向偏鈦酸鈉中加入鹽酸或硫酸溶液酸洗，將偏鈦酸鈉轉(zhuǎn)化為TiOCl2或TiOSO4，TiOCl2或TiOSO4在溶液中水解生成偏鈦酸，過濾得到偏鈦酸；偏鈦酸煅燒分解生成二氧化鈦，電解熔融二氧化鈦制得鈦；鎢酸鈉溶液中加入氫氧化鈣將鎢酸鈉轉(zhuǎn)化為鎢酸鈣沉淀，過濾得到鎢酸鈣，鎢酸鈣經(jīng)多步轉(zhuǎn)化制得鎢。(1)將廢催化劑粉碎、攪拌、增大氫氧化鈉溶液的濃度、加熱等措施能加快“堿浸”的速率；“堿浸”時生成偏鈦酸鈉的反應(yīng)為二氧化鈦與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成難溶于水的偏鈦酸鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為TiO2＋2Na＋＋2OH－=Na2TiO3＋H2O。(2)由晶型轉(zhuǎn)化過程中的能量改變示意圖可知，酸洗時應(yīng)加入鹽酸將偏鈦酸鈉轉(zhuǎn)化為TiOCl2，TiOCl2充分水解生成偏鈦酸，由固體質(zhì)量殘留率和晶型轉(zhuǎn)化率隨溫度改變的示意圖可知，在950℃下煅燒偏鈦酸至恒重制得高純二氧化鈦，詳細(xì)操作為用鹽酸酸洗偏鈦酸鈉，將生成的TiOCl2充分水解后，過濾、洗滌得到偏鈦酸，在950℃下煅燒偏鈦酸至恒重制得純二氧化鈦。(3)由圖可知，500℃時二氧化鈦的提取率遠(yuǎn)高于400℃，而800℃時的提取率與500℃時相比提高不多，從節(jié)約能源，降