2025届高三化学二轮复习 化学工艺流程——图像、图表信息的加工处理

化学工艺流程——图像、图表信息的加工处理 1．(2024·镇江模拟)钽(Ta)和铌(Nb)的性质相似，因此常常共生于自然界的矿物中。一种以钽铌伴生矿(主要成分为SiO2、MnO2、Nb2O5、Ta2O5和少量的TiO2、FeO、CaO、MgO)为原料制取钽和铌的流程如图： “浸取”后，浸出液中含有H2TaF7、H2NbF7两种二元强酸和锰、钛等元素。 已知：①MIBK为甲基异丁基酮；②Ksp(CaF2)＝2.5×10－11，Ksp(MgF2)＝6.4×10－9。 “浸取”时，HF的浓度对铌、钽的浸出率的影响如图所示，则HF的最佳浓度为________g·L－1，理由是_________________________________________________________________。 答案　10　浓度低于 10 g·L－1 时浸出率太低，浓度高于 10 g·L－1 时浸出率变化不大 2．工业上利用锌焙砂(主要成分为ZnO，含有少量CuO、As2O3、NiO等)生产高纯ZnO的流程示意图如下。 “煅烧”步骤中，不同温度下，ZnCO3分解的失重曲线和产品ZnO的比表面积变化情况如图1、图2所示。 已知：ⅰ.固体失重质量分数＝×100%； ⅱ.比表面积指单位质量固体所具有的总面积；比表面积越大，产品ZnO的活性越高。 (1)280 ℃时煅烧ZnCO3,300 min后固体失重质量分数为33.3%，则ZnCO3的分解率为________%(保留到小数点后一位)。 (2)根据图1和图2，获得高产率(ZnCO3分解率>95%)、高活性(ZnO比表面积>40 m2·g－1)产品ZnO的最佳条件是________(填字母)。 a．恒温280 ℃，60～120 min b．恒温300 ℃，240～300 min c．恒温240 ℃，240～300 min d．恒温550 ℃，60～120 min 答案　(1)94.6%　(2)b 3．(2023·无锡模拟)以硫酸烧渣(主要成分为Fe2O3和少量Fe3O4、Al2O3、SiO2等)为原料制备氧化铁红的工艺流程如图： 已知：Fe3＋＋3H2C2O4===Fe＋6H＋，Fe2＋＋H2C2O4===FeC2O4↓＋2H＋。 (1)“酸浸”时，使用草酸作为助剂可提高铁浸取率，草酸加入量[×100%]对铁浸取率的影响如图所示。 ①加入草酸能提高铁浸取率的原因是______________________________________________ _____________________________________________________________________________。 ②草酸加入量大于20%时，铁浸取率随草酸加入量增加而减小的原因是_______________。 (2)“沉铁”时，反应温度对铁回收率的影响如图所示。 ①FeSO4转化为Fe(OH)3的离子方程式为____________________________________________________________________________。 ②反应温度超过35 ℃时，铁回收率下降的原因是 __________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 ③“沉铁”后过滤所得“母液”中含有的主要成分为硫酸铵和______________________。 (3)“纯化”时，加入NaOH溶液的目的是____________________________________。 答案　(1)①Fe3＋ 和 H2C2O4 生成 Fe(C2O4)　②Fe2＋与H2C2O4生成 FeC2O4 沉淀 (2)①2Fe2＋＋H2O2＋4NH3·H2O===2Fe(OH)3↓＋4NH　②温度升高，H2O2 受热被 Fe3＋ 催化分解，使 Fe2＋ 氧化不充分；氨水受热挥发，氨水浓度减小，不利于 Fe(OH)3 的生成　③草酸铵[或(NH4)2C2O4] 除去 Fe(OH)3 中含有的 Al(OH)3 杂质 解析　由题给流程可知，硫酸烧渣加入稀硫酸和草酸混合溶液酸浸时，氧化铁、四氧化三铁、氧化铝溶于混酸转化为三草酸根合铁离子、亚铁离子、铝离子，二氧化硅不溶于混酸，过滤得到含有三草酸根合铁离子、亚铁离子、铝离子的滤液和含有二氧化硅的残渣；向滤液中加入氨水和过氧化氢混合溶液，将亚铁离子氧化为铁离子后，与三草酸根合铁离子一起转化为氢氧化铁沉淀，过滤得到含有铝离子的滤液和含有氢氧化铁的滤渣；向滤渣中加入氢氧化钠溶液，将沉淀中混有的氢氧化铝转化为偏铝酸根离子，过滤得到氢氧化铁；氢氧化铁煅烧分解生成氧化铁。 4．工业上用磷铁渣(主要含Fe、FeP、Fe2P，以及少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备磷酸铁的工艺流程如图。已知：①在密闭的反应釜中，稀硝酸首先分解生成NO2和O2，O2进一步将磷铁渣中的FeP、Fe2P氧化成Fe2O3和P2O5；继而生成Fe(NO3)3和H3PO4。 ②FePO4难溶于水，可溶于无机强酸。 加入硫酸的目的是______________________________________________________。 “浸取”时Fe2P与O2反应的化学方程式为________________________________ ________________________________________________________________________。 “浸取”时设定反应时间为2 h，不同硝酸浓度下磷铁渣的溶解率如图1所示，当硝酸浓度在1.5～2.0 mol·L－1时，磷铁渣溶解率呈现降低的趋势，其原因是____________________________，为了缓解这一问题，投料时加一定量的活性炭，活性炭的作用是__________________________________________________________________。 “制备”过程中溶液的pH对磷酸铁产品中铁和磷的含量及值的影响如图2所示[考虑到微量金属杂质，在pH＝1.0时，为0.973最接近理论值]。在pH范围为1.0～1.5时，随着pH增大，明显增大，其原因是________________________________________ ____________________________________________________________________________。 答案　溶解Fe2O3等并保持体系的酸度，防止生成 FePO4，同时充分利用硝酸的强氧化性 4Fe2P＋11O24Fe2O3＋2P2O5 硝酸分解的速度大于硝酸分解产物中氧气与磷铁渣的反应速度，造成了溶液中硝酸的损失　吸附硝酸分解生成的O2和NO2，提高O2和NO2 的利用率 (4)pH增大，促进 Fe3＋ 水解，生成了难溶性的氢氧化铁混入产品中 5．(2023·扬州模拟)锂离子电池已被人们广泛使用，对其高效回收利用具有重要意义。某锂离子电池正极是涂覆在铝箔上的活性物质LiCoO2，利用该种废旧锂离子电池正极材料制备Co3O4的工艺流程如图所示： 已知：①CoC2O4·2H2O微溶于水，它的溶解度随温度升高而逐渐增大，且能与过量的C2O生成Co而溶解。②浸出液A中含有大量Co2＋、Li＋及少量Fe3＋、Al3＋、Cu2＋。 (1)在过程③中，将浸出液A适当稀释加入碱后，不同pH下金属离子的去除效果如图所示。该过程中加碱调节pH在5.5～6.0的理由是________________________。 (2)在过程④中，(NH4)2C2O4的加入量、沉淀反应的温度与钴的沉淀率的关系如图a、图b所示： ①用化学用语和适当的文字说明：随n∶n(Co2＋)比值的增加，钴的沉淀率先逐渐增大后又逐渐减小的原因是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②沉淀反应时间为10 min，温度在40～50 ℃以下时，随着温度的升高，钴的沉淀率升高的可能原因是___________________________________________________________________。 答案　(1)pH在5.5～6.0，Fe3＋、Al3＋、Cu2＋几乎被完全沉淀，而Co2＋损失率较小 (2)①溶液中存在化学平衡：C2O(aq)＋Co2＋(aq)＋2H2O(l)CoC2O4·2H2O(s)，c(C2O)增大，化学平衡正向移动有利于晶体析出，当n(C2O)∶n(Co2＋)>1.15时，随草酸根离子增多，会发生副反应：CoC2O4·2H2O＋(n－1)C2O===Co＋2H2O，使晶体部分溶解　②升高温度，加快反应速率 6．(2023·宿迁模拟)用软锰矿(主要成分为MnO2，含有SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgCO3等杂质)制备MnSO4·H2O的流程如图所示： 已知： 氢氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Fe(OH)2 Mn(OH)2 Mg(OH)2 开始沉淀 时的pH 2.3 4.0 7.5 8.8 10.4 沉淀完全 时的pH 4.1 5.2 9.7 10.4 12.4 回答下列问题： (1)焙烧时，MnO2和Fe2O3在纤维素作用下分别转化为MnO、Fe3O4，则纤维素的作用是________________________________________________________________________。 (2)酸浸时，浸出液的pH与锰的浸出率关系如图所示： 实际生产中，酸浸时控制硫酸用量不宜过多，使pH在2左右。请结合上图和制备硫酸锰的流程，说明硫酸用量不宜过多的原因：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)净化时，加入30%H2O2的目的是(用离子方程式表示)________________________________；加氨水，调pH为5.5的目的是_______________________________________________________________________________。 (4)结合MgSO4与MnSO4溶解度曲线，简述“结晶分离”的具体实验操作：______________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (5)产品MnSO4·H2O纯度测定：称取a g产品，在适宜的条件下用适量NH4NO3将Mn2＋氧化为Mn3＋，再用0.100 0 mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液b mL刚好把Mn3＋转化为Mn2＋。通过计算可知，产品纯度为__________(用质量分数表示)。 答案　(1)还原剂　(2)由图知，pH为1～2时锰的浸出率几乎相等，均已接近100%，硫酸过多，对锰的浸出率影响很小，但后续调pH除杂质时会消耗更多的氨水而造成浪费　(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　使Al3＋、Fe3＋完全沉淀而Mn2＋不沉淀　(4)将溶液蒸发结晶，趁热过滤，洗涤干燥　(5)% 解析　(1)焙烧时，MnO2和Fe2O3在纤维素作用下分别转化为MnO、Fe3O4，锰元素化合价降低，部分铁元素化合价降低，则纤维素的作用是还原剂。(3)H2O2具有氧化性，能氧化亚铁离子，则净化时，加入30%H2O2的目的是把亚铁离子氧化为铁离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；常温下Al3＋、Fe3＋完全沉淀时的pH分别为5.2、4.1，Mn2＋开始沉淀时的pH 为8.8，所以加入氨水调节pH为5.5的目的是使Al3＋、Fe3＋完全沉淀而Mn2＋不沉淀。(4)由MgSO4与MnSO4溶解度曲线知，MnSO4·H2O在高温时溶解度小，容易结晶，则要“结晶分离”的具体实验操作：将溶液蒸发结晶，趁热过滤，洗涤干燥。(5)根据得失电子守恒，可以得到关系式：MnSO4·H2O～Mn3＋～(NH4)2Fe(SO4)2，则n(MnSO4·H2O)＝n[(NH4)2Fe(SO4)2]＝0.100 0 mol·L－1×b×10－3 L，则产品纯度为×100%＝%。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 化学工艺流程——图像、图表信息的加工处理 1．(2024·镇江模拟)钽(Ta)和铌(Nb)的性质相似，因此常常共生于自然界的矿物中。一种以钽铌伴生矿(主要成分为SiO2、MnO2、Nb2O5、Ta2O5和少量的TiO2、FeO、CaO、MgO)为原料制取钽和铌的流程如图： “浸取”后，浸出液中含有H2TaF7、H2NbF7两种二元强酸和锰、钛等元素。 已知：①MIBK为甲基异丁基酮；②Ksp(CaF2)＝2.5×10－11，Ksp(MgF2)＝6.4×10－9。 “浸取”时，HF的浓度对铌、钽的浸出率的影响如图所示，则HF的最佳浓度为________g·L－1，理由是_________________________________________________________________。 2．工业上利用锌焙砂(主要成分为ZnO，含有少量CuO、As2O3、NiO等)生产高纯ZnO的流程示意图如下。 “煅烧”步骤中，不同温度下，ZnCO3分解的失重曲线和产品ZnO的比表面积变化情况如图1、图2所示。 已知：ⅰ.固体失重质量分数＝×100%； ⅱ.比表面积指单位质量固体所具有的总面积；比表面积越大，产品ZnO的活性越高。 (1)280 ℃时煅烧ZnCO3,300 min后固体失重质量分数为33.3%，则ZnCO3的分解率为________%(保留到小数点后一位)。 (2)根据图1和图2，获得高产率(ZnCO3分解率>95%)、高活性(ZnO比表面积>40 m2·g－1)产品ZnO的最佳条件是________(填字母)。 a．恒温280 ℃，60～120 min b．恒温300 ℃，240～300 min c．恒温240 ℃，240～300 min d．恒温550 ℃，60～120 min 3．(2023·无锡模拟)以硫酸烧渣(主要成分为Fe2O3和少量Fe3O4、Al2O3、SiO2等)为原料制备氧化铁红的工艺流程如图： 已知：Fe3＋＋3H2C2O4===Fe＋6H＋，Fe2＋＋H2C2O4===FeC2O4↓＋2H＋。 (1)“酸浸”时，使用草酸作为助剂可提高铁浸取率，草酸加入量[×100%]对铁浸取率的影响如图所示。 ①加入草酸能提高铁浸取率的原因是______________________________________________ _____________________________________________________________________________。 ②草酸加入量大于20%时，铁浸取率随草酸加入量增加而减小的原因是_______________。 (2)“沉铁”时，反应温度对铁回收率的影响如图所示。 ①FeSO4转化为Fe(OH)3的离子方程式为____________________________________________________________________________。 ②反应温度超过35 ℃时，铁回收率下降的原因是 __________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 ③“沉铁”后过滤所得“母液”中含有的主要成分为硫酸铵和______________________。 (3)“纯化”时，加入NaOH溶液的目的是____________________________________。 4．工业上用磷铁渣(主要含Fe、FeP、Fe2P，以及少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备磷酸铁的工艺流程如图。已知：①在密闭的反应釜中，稀硝酸首先分解生成NO2和O2，O2进一步将磷铁渣中的FeP、Fe2P氧化成Fe2O3和P2O5；继而生成Fe(NO3)3和H3PO4。 ②FePO4难溶于水，可溶于无机强酸。 加入硫酸的目的是______________________________________________________。 “浸取”时Fe2P与O2反应的化学方程式为________________________________ ________________________________________________________________________。 “浸取”时设定反应时间为2 h，不同硝酸浓度下磷铁渣的溶解率如图1所示，当硝酸浓度在1.5～2.0 mol·L－1时，磷铁渣溶解率呈现降低的趋势，其原因是____________________________，为了缓解这一问题，投料时加一定量的活性炭，活性炭的作用是__________________________________________________________________。 “制备”过程中溶液的pH对磷酸铁产品中铁和磷的含量及值的影响如图2所示[考虑到微量金属杂质，在pH＝1.0时，为0.973最接近理论值]。在pH范围为1.0～1.5时，随着pH增大，明显增大，其原因是________________________________________ ____________________________________________________________________________。 5．(2023·扬州模拟)锂离子电池已被人们广泛使用，对其高效回收利用具有重要意义。某锂离子电池正极是涂覆在铝箔上的活性物质LiCoO2，利用该种废旧锂离子电池正极材料制备Co3O4的工艺流程如图所示： 已知：①CoC2O4·2H2O微溶于水，它的溶解度随温度升高而逐渐增大，且能与过量的C2O生成Co而溶解。②浸出液A中含有大量Co2＋、Li＋及少量Fe3＋、Al3＋、Cu2＋。 (1)在过程③中，将浸出液A适当稀释加入碱后，不同pH下金属离子的去除效果如图所示。该过程中加碱调节pH在5.5～6.0的理由是________________________。 (2)在过程④中，(NH4)2C2O4的加入量、沉淀反应的温度与钴的沉淀率的关系如图a、图b所示： ①用化学用语和适当的文字说明：随n∶n(Co2＋)比值的增加，钴的沉淀率先逐渐增大后又逐渐减小的原因是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②沉淀反应时间为10 min，温度在40～50 ℃以下时，随着温度的升高，钴的沉淀率升高的可能原因是___________________________________________________________________。 6．(2023·宿迁模拟)用软锰矿(主要成分为MnO2，含有SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgCO3等杂质)制备MnSO4·H2O的流程如图所示： 已知： 氢氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Fe(OH)2 Mn(OH)2 Mg(OH)2 开始沉淀 时的pH 2.3 4.0 7.5 8.8 10.4 沉淀完全 时的pH 4.1 5.2 9.7 10.4 12.4 回答下列问题： (1)焙烧时，MnO2和Fe2O3在纤维素作用下分别转化为MnO、Fe3O4，则纤维素的作用是________________________________________________________________________。 (2)酸浸时，浸出液的pH与锰的浸出率关系如图所示： 实际生产中，酸浸时控制硫酸用量不宜过多，使pH在2左右。请结合上图和制备硫酸锰的流程，说明硫酸用量不宜过多的原因：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)净化时，加入30%H2O2的目的是(用离子方程式表示)________________________________；加氨水，调pH为5.5的目的是_______________________________________________________________________________。 (4)结合MgSO4与MnSO4溶解度曲线，简述“结晶分离”的具体实验操作：______________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (5)产品MnSO4·H2O纯度测定：称取a g产品，在适宜的条件下用适量NH4NO3将Mn2＋氧化为Mn3＋，再用0.100 0 mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液b mL刚好把Mn3＋转化为Mn2＋。通过计算可知，产品纯度为__________(用质量分数表示)。 学科网（北京）股份有限公司 $$