热点题型(12) 无机化工流程题(Word练习)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（人教版2019 单选版）

[热点题型(十二)]　无机化工流程题 ________________________________________________________________________ 　　　　　　　　　　　　　　　　 非选择题(共4题，共80分) 1．(27分)(2023·全国卷乙)LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备LiMn2O4的流程如下： 已知：Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝5.5×10－16。 回答下列问题： (1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为 ________________________________________________________________________。 为提高溶矿速率，可采取的措施是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(举1例)。(5分) (2)加入少量MnO2的作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 不宜使用H2O2替代MnO2，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。(6分) (3)溶矿反应完成后，反应器中溶液pH＝4，此时c(Fe3＋)＝________mol·L－1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是____________。(4分) (4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________________。(3分) (5)在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为________________________________________________________________________。(3分) 随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断________________________________________________________________________。(3分) 电解废液可在反应器中循环利用。 (6)煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是 ________________________________________________________________________。(3分) 解析：(1)硫酸溶矿时发生的主要反应是MnCO3溶于硫酸的反应，化学方程式为MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O。为提高溶矿速率，可以通过增大反应物浓度、增大反应物接触面积、提高反应温度等措施实现。(2)加入少量MnO2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于除铁。若使用H2O2替代MnO2，则Mn2＋和生成的Fe3＋会催化H2O2分解，原料利用率低。(3)溶液pH＝4，即c(OH－)＝10－10 mol·L－1时，由Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝2.8×10－39，可得c(Fe3＋)＝2.8×10－9 mol·L－1<1.0×10 －5 mol·L －1，此时铁已沉淀完全。同理，pH＝7，c(OH－)＝10－7mol·L－1时，c(Al3＋)＝1.3×10－12 mol·L－1<1.0×10 －5 mol·L －1，Al3＋被除去，c(Ni2＋)＝5.5×10－2mol·L－1>1.0×10 －5 mol·L －1，Ni2＋未被除去，所以pH≈7时除去的金属离子是Al 3＋。(4)酸溶时得到相应金属的硫酸盐，故加入少量BaS溶液除Ni2＋时会生成NiS和BaSO4沉淀。(5)由题图可知，电解槽中反应生成MnO2，则阳极反应为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为Mn2＋＋2H2OMnO2↓＋2H＋＋H2↑，该反应中消耗水和Mn 2＋生成H ＋，为保持电解液成分稳定，应不断补充Mn(OH)2等。(6)根据得失电子守恒和质量守恒可写出煅烧窑中生成LiMn2O4的反应的化学方程式是8MnO2＋2Li2CO34LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。 答案：(1)MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O　粉碎矿石(或适当增大硫酸浓度、搅拌、适当升高反应液的温度等)　(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　Mn2＋和生成的Fe3＋会催化H2O2分解　(3)2.8×10－9　Al3＋　(4)NiS和BaSO4　(5)Mn2＋＋2H2OMnO2↓＋2H＋＋H2↑　加入适量Mn(OH)2等　(6)8MnO2＋2Li2CO34LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑ 2．(17分)(2023·新课标卷)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物。从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示。 已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O存在，在碱性介质中以CrO存在。 回答下列问题： (1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为________(填化学式)。(2分) (2)“水浸渣”中主要有SiO2和________。(2分) (3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是________。(2分) (4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果。若pH<9时，会导致________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； pH>9时，会导致________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。(6分) (5)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀。V2O5在pH<1时，溶解为VO或VO3＋；在碱性条件下，溶解为VO或VO。上述性质说明V2O5具有________(填字母)。(2分) A．酸性　　　B．碱性　　　C．两性 (6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。(3分) 解析：(1)根据已知条件可知，最高价铬酸根在碱性介质中以CrO存在，故煅烧后含铬化合物主要为Na2CrO4。(2)煅烧时通入空气，含铁化合物转化为Fe2O3，且Fe2O3不溶于水，故“水浸渣”中还含有Fe2O3。(3)“沉淀”步骤加入稀H2SO4调pH到弱碱性是为了让[Al(OH)4]－转化为Al(OH)3沉淀而除去。(4)体系中存在平衡MgNH4PO4(s)⇌Mg2＋(aq)＋NH(aq)＋PO(aq)，当pH<9时，PO与H ＋结合生成HPO，c(PO)降低，平衡正移，不利于生成MgNH4PO4沉淀；而pH>9时，Mg2＋会形成Mg(OH)2沉淀，原料利用率低。(5)根据题干描述，V2O5既可与酸反应生成盐和水，又可与碱反应生成盐和水，故V2O5具有两性。(6)分离钒后溶液呈酸性，Cr元素以Cr2O存在，还原过程中Cr2O被S2O还原为Cr3＋，S2O转化为SO，因此反应的离子方程式为2Cr2O＋3S2O＋10H＋===4Cr3＋＋6SO＋5H2O，之后调pH，Cr3＋转化为Cr(OH)3。 答案：(1)Na2CrO4　(2)Fe2O3　(3)Al(OH)3　(4)溶液中c(PO)降低，不利于生成MgNH4PO4沉淀　Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀，原料利用率低　(5)C　(6)3S2O＋2Cr2O＋10H＋===6SO＋4Cr3＋＋5H2O 3．(17分)(2023·湖北高考)SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCoO2进行氯化处理以回收Li、Co等金属，工艺路线如下： 回答下列问题： (1)Co位于元素周期表第______周期，第______族。(4分) (2)烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物，“500 ℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，用化学方程式表示其原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。(3分) (3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是________________________________________________________________________。(3分) (4)已知Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中Co2＋浓度为________mol·L－1。“850 ℃煅烧”时的化学方程式为________________________________________________________________________。 ________________________________________________________________________。(5分) (5)导致SiCl4比CCl4易水解的因素有________(填字母)。(2分) a．Si—Cl键极性更大 b．Si的原子半径更大 c．Si—Cl键键能更大 d．Si有更多的价层轨道 解析：(1)钴位于元素周期表第四周期，第Ⅷ族。(2) SiCl4易水解：SiCl4＋4H2O⇌H4SiO4＋4HCl或SiCl4＋3H2O⇌H2SiO3 ＋4HCl，产生大量烟雾。(3)“滤饼3”为Li2CO3，Li2CO3和Na2CO3所含阳离子不同，灼烧时产生不同焰色，常用焰色试验鉴别。(4)Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，pH＝10时c(OH－)＝10－4 mol·L－1，则c(Co2＋)·c2(OH－)＝Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，c(Co2＋)＝5.9×10－7 mol·L－1。由题干知，850 ℃煅烧时生成Co3O4，化学方程式为6Co(OH)2＋O22Co3O4＋6H2O。(5)由于Si原子有空轨道，而C原子没有，且Si原子半径大于C原子半径，则Si—Cl键键长长，键能小；同时Si电负性小于C，Si—Cl键极性大；以上因素导致Si—Cl键更易断裂，SiCl4比CCl4更易水解，故选abd。 答案：(1)四　Ⅷ　(2)SiCl4＋3H2O⇌H2SiO3＋4HCl(或SiCl4＋4H2O⇌H4SiO4＋4HCl) (3)焰色试验　(4)5.9×10－7　6Co(OH)2＋O22Co3O4＋6H2O　(5)abd 4．(19分)(2023·辽宁高考)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，实现镍、钴、镁元素的回收。 已知： 物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2 Ksp 10－37.4 10－14.7 10－14.7 10－10.8 回答下列问题： (1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为____________________________(答出一条即可)。(2分) (2)“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，1 mol H2SO5中过氧键的数目为________。(2分) (3)“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为 ________________________________________________________________________ (H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为MnO2、____________(填化学式)。(5分) (4)“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为________时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。(4分) (5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH)，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。(3分) (6)“沉镁”中为使Mg2＋沉淀完全(25 ℃)，需控制pH不低于________(精确至0.1)。(3分) 解析：(1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法可以是将镍钴矿粉碎、浸取时搅拌、适当提高浸取温度等。(2)H2SO5可以看成是H2O2中一个氢原子被磺基(—SO3H)取代的产物，即H—O—O—SO3H，故分子中有一个过氧键，1 mol H2SO5中过氧键的数目为6.02×1023。(3)根据题干信息可知，“氧化”中Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，则H2SO5被还原为SO，结合H2SO5的电离第一步完全可知，反应的离子方程式为Mn2＋＋HSO＋H2O===MnO2↓＋SO＋3H＋；“氧化”中Fe2＋会被氧化为Fe3＋，用石灰乳调节pH＝4时Fe元素沉淀为Fe(OH)3，Ca2＋与SO结合生成CaSO4沉淀，故滤渣中还含有Fe(OH)3、CaSO4。(4)由题图可知，当SO2体积分数为9.0%时，Mn(Ⅱ)氧化率达到100%所用时间最短，氧化速率最大；SO2具有还原性，也能还原H2SO5，其体积分数过大时，与H2SO5反应，使Mn(Ⅱ)氧化速率减小。(5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)以Co(OH)2形式存在，其可被空气中O2氧化为CoO(OH)，根据氧化还原反应规律可写出反应的化学方程式。(6)Mg2＋沉淀完全，则c(Mg2＋)≤10－5 mol·L－1，c(OH－)≥ ＝ mol·L－1＝10－2.9 mol·L－1，c(H＋)≤10－11.1 mol·L－1，pH≥11.1。 答案：(1)将镍钴矿粉碎(或浸取时搅拌，适当提高浸取温度等) (2)6.02×1023　(3)Mn2＋＋HSO＋H2O===MnO2↓＋SO＋3H＋　Fe(OH)3、CaSO4　(4)9.0%　SO2具有还原性，过多时也能还原H2SO5，使过一硫酸的浓度降低，反应速率减小 (5)4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O　(6)11.1 学科网（北京）股份有限公司 $$