微专题速练61 化工流程题综合练-【高考领航】2025年高考化学一轮复习微专题速练

微专题速练61　化工流程题综合练 1．二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物，可以用于光催化降解有机污染物，利用氟碳铈矿(主要成分为CeCO3F，含Fe2O3、FeO等杂质)制CeO2的工艺流程如下： 已知：①滤渣Ⅰ主要成分是难溶于水的Ce(BF4)3； ②常温下，Ka1(H2CO3)＝4.3×10－7，Ka2(H2CO3)＝5.6×10－11, Ksp[Ce2(CO3)3]＝1.0×10－28； ③Ce3＋在空气中易被氧化为Ce4＋。 回答下列问题： (1)CeCO3F中Ce元素的化合价为________。 (2)焙烧氟碳铈矿时，提高焙烧效率的措施有_____________________ (写出两种)；实验室进行焙烧操作时一般在______________中进行。 (3)CeCO3F在焙烧时发生反应的化学方程式为______________________。 (4)上述流程中所加的盐酸要适当过量，其目的是_________________； 操作中可用硫酸和H2O2替换盐酸，其优点是____________________。 (5)写出从滤液Ⅱ中沉淀铈的离子方程式______________________________。 Ce3＋恰好沉淀完全[c(Ce3＋)为1.0×10－5mol/L]时溶液的pH为5，则溶液中c(HCO)＝________mol/L(保留两位有效数字)。 2．随着新能源汽车的飞速发展，大量废旧电池的回收处理已是目前的热点问题，下图是废旧磷酸亚铁锂电池正极材料(含LiFePO4、导电炭黑、铝箔)的一种常见的回收再生流程： 试回答下列问题： (1)“碱浸”步骤中反应得到滤液1的化学方程式为_________________。 (2)“碱浸”中NaOH不宜过量太多的原因是________________________。 (3)“酸浸”步骤为了达到理想的浸出效果，需要控温35～40 ℃，试分析可能的原因：_______________________。 (4)完成“酸浸”步骤中主要反应的离子方程式： LiFePO4＋________＋______＝Li＋＋H3PO4＋________＋________ (5)题设条件下溶液pH对铁元素、磷元素沉淀率的影响如图所示。 已知滤液2加氨水热处理步骤控制最佳pH约为2.5。当pH<2.5时随着溶液pH逐渐升高，磷元素沉淀率增大，请从电离平衡移动的角度解释其原因：____________________________________； 当pH>2.5时部分FePO4会转化为________沉淀，使得PO被释放，磷元素沉降率下降。 (6)磷酸铁锂电池的工作原理为：Li1－xFePO4＋LixC6LiFePO4＋6C，电池中聚合物隔膜只允许Li＋通过，若用此电池作电源电解水，当两极收集到气体在标准状况下体积共为336 mL时，电池中通过隔膜的Li＋的数目为_______________________________________。 3．碘是人体所必需的微量元素。磷酸工业的副产品氟硅酸(H2SiF6)中碘元素的可能存在形式有I2、I－、I，其回收方案如下。 回答下列问题： (1)某实验小组想证明氟硅酸溶液中存I，请补充完整的实验步骤：(已知：I2＋I－I；可选用的试剂：5%淀粉溶液、0.1 mol·L－1NaNO2溶液、0.1 mol·L－1Na2SO3溶液、6 mol·L－1H2SO4溶液) ①取样品，加入CCl4振荡、静置，可观察到下层呈紫红色； ②分液后取上层黄色液体，滴入适量__________________(填选用的试剂，下同)，可观察到______________； ③重复上述操作2～3次，直至步骤②中没有明显现象； ④再滴加适量________________，若观察到溶液变蓝，证明氟硅酸溶液中存在I。 (2)实验室利用分液漏斗可以完成CCl4从碘水萃取I2，请描述获得上层液体的操作：___________________________。 (3)“还原”步骤中将碘元素全部变为HI，写出I2被还原时的离子方程式___________________________________________________。 (4)工业生产中，氧化剂的实际使用量和理论计算量之间的比值称为配氧率。如图是配氧率对碘单质回收率的影响曲线图，试解释配氧率选择112～113之间的原因_____________________________。 (5)结合信息，请确定I2与NaOH发生“歧化”反应的氧化产物___________________________________(有必要的计算过程)。 已知：①氧化还原反应可以拆分为两个半反应，标准电极电势分别表示为φθ(＋)、φθ(－)，标准电动势Eθ＝φθ(＋)－φθ(－)，如Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu的 Eθ＝φθ(Cu2＋/Cu)－φθ(Zn2＋/Zn)。②Eθ>0，该反应能自发进行，Eθ>0.3 V，反应趋于完全进行。③φθ(I2/I－)＝0.54 V，φθ(IO－/I2)＝0.45 V，φθ(IO/I2)＝0.21 V。 4．钯(Pd)是一种贵金属，性质类似铂(Pt)。活性炭载钯催化剂广泛应用于石油化工、制药等工业，但使用过程中因生成难溶于酸的PdO而失活。一种从废钯催化剂(杂质主要含有机物、活性炭及少量Fe、Cu、Al等元素)中回收海绵钯的工艺流程如图： 已知：Ⅰ.阴、阳离子交换树脂的基本工作原理分别为R—Cl＋M－R—M＋Cl－、R—Na＋N＋R—N＋Na＋(R－表示树脂的有机成分)。 Ⅱ.“沉钯”时得到氯钯酸铵[(NH4)2PdCl4]固体，不溶于冷水，可溶于稀盐酸。 (1)温度、固液比对浸取率的影响如图，则“浸取”的最佳条件为_____________________________________。 (2)“浸取”时，加入试剂A的目的为________________________________。 (3)“浸取”时，加入NaClO3有利于Pd的溶解，生成的四氯合钯(Ⅱ)酸(H2PdCl4)为二元强酸。加入浓盐酸和NaClO3后主要反应的离子方程式：________________________________________________________________________。 (4)“离子交换除杂”应使用________(填“阳离子”或“阴离子”)树脂，“洗脱”时应使用的洗脱液为________(填字母)。 A．硫酸　　 B．盐酸　　　　C．无水乙醇 (5)“还原”过程N2H4转化为N2，在反应器出口处器壁内侧有白色晶体生成，该过程还产生的副产物为________，且该产物可循环利用至______(填环节名称)环节。 (6)以上流程污染性较强且复杂，通常使用电解法回收钯。将“浸取”后的溶液与钯离子脱附试剂MH混合，形成[Pd(MH)2]2＋配离子，电解可得高纯度钯，装置如图。电解时，当浓缩室里共得到5 L 0.7 mol·L－1的较浓盐酸时(体积变化忽略不计)，理论上能得到Pd________g，但实际生产中得不到相应质量的Pd，原因是__________________________________________________。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 微专题速练61　化工流程题综合练 1．解析：(2)“焙烧”过程中可以加快反应速率，提高焙烧效率的措施有矿石粉碎、增大气流速度、提高焙烧温度等；实验室进行焙烧操作时一般在坩埚中进行；(3)CeCO3F在焙烧时和氧气反应生成CeO2、CeF4和CO2，Ce元素由＋3价上升到＋4价，O元素由0价下降到－2价，根据得失电子守恒和原子守恒配平方程式为：4CeCO3F＋O23CeO2＋CeF4＋4CO2；(4)上述流程中所加的盐酸要适当过量，目的是将Ce4＋完全转化为Ce3＋；抑制Fe3＋与Ce3＋水解；上述流程中盐酸可用硫酸和H2O2替换，避免产生污染性气体Cl2；(5)“沉铈”过程中发生的反应是离子和碳酸氢根离子发生相互促进水解反应生成Ce(OH)3和CO2，反应的离子方程式为：2Ce3＋＋6HCO=== Ce2(CO3)3↓＋3H2O＋3CO2↑；已知常温下Ka1(H2CO3)＝4.3×10－7，Ka2(H2CO3)＝5.6×10－11, Ksp[Ce2(CO3)3]＝c2(Ce3＋)c3(CO)＝(1.0×10－5)2·c3(CO)＝1.0×10－28，c(CO)＝＝ mol/L＝10－6 mol/L，Ka2＝，c(HCO)＝＝ mol/L≈0.18 mol/L。 答案：(1)＋3　(2) 矿石粉碎、增大气流速度、提高焙烧温度等　坩埚 (3)4CeCO3F＋O23CeO2＋CeF4＋4CO2 (4)将Ce4＋完全转化为Ce3＋，抑制Fe3＋与Ce3＋水解　避免产生污染性气体Cl2 (5)2Ce3＋＋6HCO===Ce2(CO3)3↓＋3H2O＋3CO2↑　0.18 2．解析：废旧磷酸亚铁锂电池正极材料(含LiFePO4、导电炭黑、铝箔)加入氢氧化钠溶液，可生成四羟基合铝酸钠，滤液1为四羟基合铝酸钠，加入适量硫酸可生成氢氧化铝沉淀，滤渣加入硫酸，过氧化氢，滤渣为导电炭黑，滤液2含有铁离子，锂离子和硫酸根等离子，加入氨水，可生成FePO4·2H2O，滤液3含有硫酸锂，加入碳酸钠溶液生成碳酸锂，FePO4·2H2O与碳酸锂用碳热还原，可生成LiFePO4和C； (1)废旧磷酸亚铁锂电池正极材料含有铝，加入氢氧化钠溶液，反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，方程式为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑；(2)碱浸后需加入硫酸溶解固体，则NaOH的用量不宜过多，避免在随后的酸浸中消耗过多的硫酸；(3)滤渣的主要成分是导电炭黑，“酸浸”步骤为了达到理想的浸出效果，需控温35～40 ℃，可能的原因温度过低，浸取速率慢，温度过高，过氧化氢不稳定，应避免过氧化氢分解；(4)加入过氧化氢和硫酸，发生氧化还原反应生成铁离子，锂离子和磷酸，反应的离子方程式为2LiFePO4＋H2O2＋8H＋===2Li＋＋2H3PO4＋2Fe3＋＋2H2O；(5)pH过高则Fe3＋能生成Fe(OH)3沉淀；(6)电解方程式为2H2O2H2↑＋O2↑，当两极共收集标况下气体336 mL，则物质的量为＝0.015 mol，其中H2为0.01 mol O2为0.005 mol，转移0.02 mol电子，通过隔膜的Li＋数目为0.02NA。 答案：(1)2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ (2)避免在随后的“酸浸”步骤中消耗过多的硫酸 (3)温度过低，浸取速率慢；温度过高，H2O2发生分解 (4)2　1　H2O2　8　H＋　2　2　2　Fe3＋　2　H2O (5) 随着pH升高，H3PO4电离平衡正向移动，PO浓度增大，与Fe3＋结合形成FePO4沉淀　Fe(OH)3 (6)0.02NA 3．解析：(1)由题意可知，证明氟硅酸溶液中存在I离子的实验步骤为取样品，加入四氯化碳振荡、静置，可观察到下层呈紫红色说明溶液中含有单质碘；分液后取上层黄色液体，滴入适量5%淀粉溶液，溶液变蓝；重复上述操作2～3次，直至步骤②中没有明显现象说明溶液中的碘已经被完全萃取出来；再滴加适量6 mol·L－1 硫酸溶液和0.1 mol·L－1亚硝酸钠溶液，若观察到溶液变蓝说明I在酸性条件下与亚硝酸根离子反应生成了单质碘，证明氟硅酸溶液中存在I离子；(2)实验室利用四氯化碳萃取溶液中的碘时，碘的四氯化碳溶液在下层，水溶液在上层，获得上层液体的操作为下层液体从分液漏斗下口放出后，关闭活塞，将上层液体从分液漏斗上口倒出；(3)碘被还原时发生的反应为碘与亚硫酸钠溶液反应生成硫酸钠和氢碘酸，反应的离子方程式为I2＋SO＋H2O===2I－＋SO＋2H＋；(4)由图可知，配氧率在112～113之间时，碘单质回收率最高，配氧率过低时，溶液中碘离子不能完全转化为碘单质导致碘单质回收率不够高；配氧率过高时，可能发生副反应，使碘单质进一步被氧化为碘酸根离子导致碘单质回收率不够高，还会耗费大量氧化剂造成试剂浪费，所以工业生产中配氧率选择112～113之间；(5)由题给数据可知，碘与氢氧化钠溶液发生歧化反应时，若生成次碘酸根离子，标准电动势Eθ＝φθ(I2/I－)－φθ(IO－/I2)＝0.54 V－0.45 V＝0.09 V，0.09 V大于0，而小于0.3 V，说明反应能自发进行，但不能趋于完全进行，若生成碘酸根离子，标准电动势Eθ＝φθ(I2/I－)－ φθ(IO/I2)＝0.54 V－0.21 V＝0.33 V>0.3 V，说明反应则趋于完全进行，所以歧化反应的氧化产物为碘酸钠。 答案：(1)②5%淀粉溶液　溶液变蓝　④6 mol·L－1 H2SO4溶液和0.1 mol·L－1NaNO2溶液 (2)下层液体从分液漏斗下口放出后，关闭活塞，将上层液体从分液漏斗上口倒出 (3)I2＋SO＋H2O===2I－＋SO＋2H＋　(4)配氧率过低，I－不能完全转化为碘单质；配氧率过高，可能发生副反应，使碘单质进一步被氧化为碘酸根或耗费大量氧化剂 (5)Eθ＝φθ(I2/I－)－φθ(IO－/I2)＝0.54 V－0.45 V＝0.09 V，而Eθ＝φθ(I2/I－)－ φθ(IO/I2)＝0.54 V－0.21 V＝0.33 V>0.3 V，反应则趋于完全进行，故氧化产物为NaIO3 4．解析：(1)由图可知，“浸取”的最佳条件为70 ℃，固液比3∶1；(2)加入试剂A可以将PdO中的钯还原为单质，便于后期处理，故加入试剂A的目的是：将PdO全部还原为Pd；(3)根据题给信息可知，加入NaClO3后和单质钯反应生成四氯合钯(Ⅱ)酸，则根据元素守恒可知，离子方程式为：ClO＋3Pd＋11Cl－＋6H＋===3PdCl＋3H2O；(4)离子交换时发生的反应为阴、阳离子交换树脂的基本工作原理分别为R—Cl＋M－R—M＋Cl－，其中氯离子被除掉，故应该选用阴离子交换膜；由题给信息可知洗脱时得到PdCl，则此时应该选用盐酸；(5)由流程图可知，还原时N2H4和[(NH4)2PdCl4]反应生成单质钯，根据反应器出口处器壁内侧有白色晶体生成和元素守恒可知，副产物为HCl；由于在浸取与洗脱时都使用了盐酸故可以循环至浸取与洗脱循环利用；(6)盐酸的浓度由0.1 mol·L－1变为0.7 mol·L－1，则生成的氯化氢的物质的量n(HCl)＝5×(0.7 mol·L－1－0.1 mol·L－1)＝3 mol，则此时转移电子的物质的量n(e－)＝3 mol，根据Pb～2e－，则生成Pd的物质的量为1.5 mol，其质量为106 g/ mol×1.5 mol＝159 g；而实际电解过程中可能有氢离子在阴极得到电子，故实际生产中得不到相应质量的Pd。 答案：(1)70 ℃，固液比3∶1　(2)将PdO还原为Pd (3)ClO＋3Pd＋11Cl－＋6H＋===3PdCl＋3H2O (4)阴离子　B　(5)HCl　浸取与洗脱 (6)159　阴极有H＋得电子生成H2 学科网（北京）股份有限公司 $$