2025届高三化学二轮复习 大题通关特训 无机工业流程综合

2．无机工业流程综合 (满分：116分) 1．(15分)[2024·湖南长沙一模]氮化镓(GaN)是具有优异光电性能的第三代半导体材料。利用炼锌矿渣[主要含铁酸锌ZnFe2O4、铁酸镓Ga2(Fe2O4)3、SiO2]制备GaN并回收金属元素的一种工艺流程如下图： 已知：Ga3＋、Fe3＋在该工艺条件下的反萃取率(进入水相中金属离子的百分数)与盐酸浓度的关系见下表。 盐酸浓度/mol·L－1 反萃取率/% Ga3＋ Fe3＋ 2 86.9 9.4 4 69.1 52.1 6 17.5 71.3 (1)下列镓原子或者离子电离一个电子所需能量最高的是________(填标号)。 (2)“酸浸”所得浸出液中Zn2＋、Ga3＋浓度分别为1 mol·L－1和0.003 mol·L－1。常温下，为尽可能多地提取Ga3＋同时确保不混入Zn(OH)2，“调pH”时须：4<pH<________(假设调pH时溶液体积不变)。已知常温下，Ksp[Zn(OH)2]＝10－16.6，Ksp[Ga(OH)3]＝10－35。(通常认为残留在溶液中的离子浓度小于10－5 mol·L－1即为沉淀完全) (3)“反萃取”时，所用盐酸的浓度c2＝________。 (4)由Ga制备Ga(CH3)3的部分工艺如下图： 已知：(i)Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)均为配体。 (ii)Ga(CH3)3沸点：55.7 ℃，Et2O沸点：34.6 ℃，NR3沸点：365.8 ℃。 ①比较分子中的C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3________(填“>”“＝”或“<”)Ga(CH3)3(Et2O)。 ②直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)GaN可采用MOCVD(金属有机物化学气相淀积)技术制得：以合成的Ga(CH3)3为原料，使其与NH3发生系列反应得到GaN和另一种产物，该过程的化学方程式为________________。 (6)GaN晶体的一种立方晶胞如图所示。 ①以晶胞边长为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中的原子位置，称作原子分数坐标。A原子坐标为(0，，)，则B原子坐标为________。 ②若NA为阿伏加德罗常数的值，GaN晶胞中Ga原子与Ga原子之间最短的核间距是a pm，则该GaN晶体的密度为________ g·cm－3(只列算式，不用计算结果)。 答案：(1)D (2)5.7 (3)2 mol·L－1 (4)①>　②Ga(CH3)3和Et2O的沸点接近，Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大，解配后通过蒸馏更易获得纯净的Ga(CH3)3 (5)Ga(CH3)3＋NH3===GaN＋3CH4 (6)①(，，)　② 解析：矿渣经过酸浸后有滤渣SiO2，调pH使Ga3＋、Fe3＋完全沉淀，Zn2＋不沉淀，将沉淀酸溶后，经过萃取和反萃取，分离出Ga3＋，通过电解法得到Ga单质。 (1)A为基态Ga，B为激发态Ga，C为激发态Ga＋，D为基态Ga＋，因为I2>I1，因此电离一个电子所需能量最大的是D。 (2)调节pH可使Ga3＋、Fe3＋完全沉淀而Zn2＋不沉淀，Zn浓度为1 mol·L－1，根据Ksp[Zn(OH)2]＝10－16.6，Zn2＋开始沉淀时c(OH－)＝＝ ＝10－8.3 mol·L－1，即pH为5.7，则调节pH应该小于5.7。 (3)“反萃取”中要保证Ga3＋尽可能多地进入水相，Fe3＋尽可能少地进入水相，由表格数据可知，此时盐酸浓度为2 mol·L－1。 (4)①Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化，而Ga(CH3)3 (Et2O)中Ga为sp3杂化，sp2杂化夹角大于sp3杂化；键角大小：Ga(CH3)3>Ga(CH3)3(Et2O)。②直接分解Ga(CH3)3(Et2O)时，Ga(CH3)3和(Et2O)的沸点接近，不易分离，不能制备超纯Ga(CH3)3，Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大，容易分离，所以采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3。 (5)以合成的Ga(CH3)3为原料，使其与NH3发生系列反应得到GaN和CH4，该过程的化学方程式为Ga(CH3)3＋NH3===GaN＋3CH4。 (6)①A位于面心，B位于体内，靠后、下、右的位置，则B的坐标为(，，)。②若NA为阿伏加德罗常数的值，GaN晶胞中Ga原子之间最短的核间距即面对角线的一半是a pm，则晶胞参数a pm，晶胞中有4个Ga和4个N，则GaN晶体的密度为＝ g·cm－3。 2．(15分)[2024·河北邯郸模拟预测]铬酸铅(PbCrO4)又称铬黄，是一种重要的黄色颜料，常用作橡胶、水彩、色纸的着色剂。以含铅废渣(主要成分是PbSO4和ZnO，还含Fe3O4，SiO2等)为原料制备铬酸铅的流程如下： 已知：①PbSO4不溶于硝酸。 ②常温下，几种难溶电解质的溶度积如下： 电解质 PbCO3 PbSO4 PbCrO4 Pb(OH)2 Fe(OH)3 Ksp 8×10－14 1.6×10－8 2.8×10－13 1.0×10－16 1.0×10－38 回答下列问题： (1)铅位于周期表第________周期________族，基态铅原子最高能级上电子云轮廓图为________形。 (2)“碱浸”中PbSO4转化反应的离子方程式为______________________________________。 (3)已知：“酸浸”中6.3 g HNO3作氧化剂时转移0.3 mol电子。气体R在空气中的颜色变化为____________________________________________。 (4)“酸浸”中铅元素浸出率与温度、硝酸浓度的关系如图所示。“酸浸”最佳条件为________________________________________________________________________。 (5)常温下，若测得“酸浸”后得到的溶液中c(Pb2+)＝0.01 mol·L－1，“除铁”中控制pH范围为____________，c(Fe3＋)≤1×10－5 mol·L－1，则表明Fe3+已完全沉淀。 (6)“沉铬”中生成PbCrO4反应的离子方程式为______________________________________。 答案：(1)六　ⅣA　哑铃 (2) PbSO4+===PbCO3+ (3)由无色变为红棕色 (4)60 ℃、2.0 mol·L－1 (5)3≤pH<7 (6)＋2OH－＋2Pb2+===2PbCrO4↓＋H2O 解析：含铅废渣(主要成分是PbSO4和ZnO，还含Fe3O4、SiO2等)加入氨水、碳酸铵进行碱浸并过滤，滤液中含ZnO转变生成的[Zn(NH3)4]2＋，浸渣含有PbSO4转变生成的PbCO3以及Fe3O4、SiO2，浸渣加入硝酸酸浸，PbCO3转变为Pb(NO3)2、CO2，Fe3O4转变为Fe(NO3)3、同时产生NO，则R为CO2和NO，过滤得到的滤渣为难溶的含硅元素固体，向滤液1中加入KOH调节pH生成Fe(OH)3 除去Fe3＋，然后向过滤后的滤液2中加入NaOH、K2Cr2O7生成PbCrO4沉淀。 (1)铅为82号元素，位于周期表第六周期ⅣA族，基态铅原子价电子排布式为6s26p2，则最高能级上电子云轮廓图为哑铃形。 (2)据表中数据，PbCO3比PbSO4 更难溶，则“碱浸”中PbSO4转化为PbCO3，反应的离子方程式为PbSO4+=== PbCO3+。 (3)已知“酸浸”中6.3 g HNO3即0.1 mol作氧化剂时转移0.3 mol电子，则N元素化合价降低3价，生成NO，NO与氧气反应生成红棕色气体NO2，故气体R在空气中的颜色变化为由无色变为红棕色。 (4)由图知，60 ℃、2.0 mol·L－1 下进行“酸浸”，铅元素浸出率最高，则 “酸浸”最佳条件为60 ℃、2.0 mol·L－1。 (5)“除铁”时要使铁离子沉淀完全而防止铅离子沉淀，常温下，若测得“酸浸”后得到的溶液中c(Pb2＋)＝0.01 mol·L－1，则c(OH－)＝ mol·L－1＝10－7 mol·L－1，此时溶液pH＝7，即应控制溶液的pH＜7；c(Fe3＋)≤1×10－5 mol·L－1表明Fe3＋已完全沉淀，则c(OH－)＝＝1.0×10－11 mol·L－1，此时溶液pH＝3.0，即应控制溶液的 pH≥3 ，故“除铁”中控制pH范围为3≤pH<7。 (6)结合分析可知，“沉铬”中生成PbCrO4反应的离子方程式为＋2OH－＋2Pb2＋===2PbCrO4↓＋H2O。 3．(14分)[2024·海南一模]对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含Al2O3、MoO3、Co2O3。一种回收利用废催化剂的工艺流程如下图。 回答下列问题： (1)“焙烧”时，MoO3转化为Na2MoO4，Na2MoO4中Mo的化合价为________，写出该步骤相应的化学方程式：________________________________________________________________________。 (2)溶浸后的溶液中，铝元素以[Al(OH)4]－的形态存在。写出“沉铝”时使铝元素恰好沉淀完全的离子方程式：________________________________________________________________________。 (3)“沉钼”后，滤液X的溶质主要是________(填化学式)。 (4)H2MoO4在水中呈胶状，陈化是指将溶液静止存放一段时间，陈化的作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)已知Co2(CO)8中Co元素的化合价为0价。 ①在“反应”中的氧化剂和还原剂物质的量之比为________。 ②Y是一种可以循环利用的物质，Y是________(填化学式)。 答案：(1)＋6　 MoO3＋2NaOHNa2MoO4＋H2O (2) [Al(OH)4]－+CO2=== Al(OH)3↓+ (3)NaCl (4)使胶状物聚沉，颗粒变大，以利于过滤 (5)①1∶3　②CO 解析：废催化剂主要含Al2O3、MoO3、Co2O3，加入氢氧化钠固体焙烧，Al2O3与NaOH反应生成NaAl(OH)4，MoO3转化为Na2MoO4；加水溶浸过滤得到滤渣Co2O3；Co2O3和CO在90 ℃时发生反应，生成Co2(CO)8；再将Co2(CO)8分解得到Co和Y即CO，CO可以循环利用；溶浸过滤后的滤液中含NaAl(OH)4、Na2MoO4，向滤液中通入CO2，生成Al(OH)3，过滤除去；向含有Na2MoO4的溶液中加HCl沉钼，陈化后过滤得到H2MoO4，H2MoO4分解得到MoO3。 (1)“焙烧”时，MoO3转化为Na2MoO4，Na2MoO4中Mo的化合价为＋6，该步骤相应的反应为非氧化还原反应，化学方程式为MoO3＋2NaOHNa2MoO4＋H2O。 (2)溶浸后的溶液中，铝元素以[Al(OH)4]－的形态存在，则“沉铝”时[Al(OH)4]－恰好完全转化为氢氧化铝沉淀，离子方程式为[Al(OH)4]－+CO2=== Al(OH)3↓+ 。 (3)“沉钼”时向含有Na2MoO4的溶液中加HCl，反应生成H2MoO4和NaCl，陈化后过滤得到H2MoO4，则“沉钼”后，滤液X的溶质主要是NaCl (写化学式)。 (4)H2MoO4在水中呈胶状，陈化是指将溶液静止存放一段时间，陈化的作用是使胶状物聚沉，颗粒变大，以利于过滤。 (5)①已知Co2(CO)8中Co元素的化合价为0价，发生反应Co2O3＋11COCo2(CO)8＋3CO2，该反应中，氧化剂Co2O3和还原剂CO在“反应”中的氧化剂和还原剂物质的量之比为1∶3。②据分析，Y是一种可以循环利用的物质，Y是CO (填化学式)。 4．(14分)[2024·黑龙江哈尔滨二模]钽(Ta)和铌(Nb)为高新技术产业的关键元素，其单质的性质相似。一种以花岗伟晶岩型铌钽矿(主要成分为SiO2、Nb2O5、Ta2O5和少量的FeO、CaO、MgO等)为原料制取钽和铌的流程如图一： “浸取”后的浸出液中含有H2TaF7、H2NbF7两种二元强酸。 已知：①MIBK为甲基异丁基酮。 ②Ksp(CaF2)＝2.5×10－11，Ksp(MgF2)＝6.4×10－9，Ksp(CaSO4)＝7.1×10－5。 (1)加快“浸取”速率可采取的措施是________________________________。 (2)“浸取”时得到的“浸渣”主要成分为____________(填化学式)，“浸取”时还会产生“废气”，“废气”中除了挥发出的HF还可能有____________(填化学式)。Ta2O5与氢氟酸反应的离子方程式为________________________________________________________________________。 (3)“萃取”时，若萃取剂MIBK的量一定，____________(填“一次萃取”或“少量多次萃取”)的萃取效率更高。 (4)用金属钠还原K2NbF7制取金属铌的化学方程式为________________________________。 (5)钽形成的晶体TaAs在室温下拥有超高的空穴迁移率和较低的电子迁移率。TaAs的晶胞结构如图二所示。请写出As的配位数：________。晶体的密度为____________________ g·cm－3(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。 答案：(1)将铌钽矿粉碎、搅拌、升高温度等 (2)CaF2、MgF2　SiF4　Ta2O5+14HF===＋4H＋＋5H2O (3)少量多次萃取 (4)K2NbF7＋5Na2KF＋5NaF＋Nb (5)6　 解析：花岗伟晶岩型铌钽矿(主要成分为SiO2、Nb2O5、Ta2O5和少量的FeO、CaO、MgO等)加入HF、硫酸浸取，得到浸渣，主要成分为CaF2、MgF2，SiO2可与HF反应生成SiF4气体，得到的浸出液加入MIBK萃取，分为水相和有机相，水相加HF、KF沉铌，得到K2NbF7，与Na反应得到铌粉。有机相加入纯水进行反萃取，又得水相和有机相，在水相中通入氨气沉钽，得到氢氧化钽，加热分解得Ta2O5，电解制得Ta。 (1)加快“浸取”速率可采取的措施是将铌钽矿粉碎、搅拌、升高温度等。 (2)由CaF2和MgF2的Ksp可知，“浸取”时得到的“浸渣”主要成分为CaF2、MgF2；“浸取”时还会产生“废气”，“废气”中除了挥发出的HF还可能有SiO2可与HF反应生成的SiF4；Ta2O5与氢氟酸反应生成H2TaF7，离子方程式为Ta2O5+14HF===2＋4H＋＋5H2O。 (3)“萃取”时，若萃取剂MIBK的量一定，少量多次萃取接触更加充分，萃取效率更高。 (4)用金属钠还原K2NbF7制取金属铌，根据氧化还原得失电子守恒的原子，可得到其化学方程式为K2NbF7＋5Na2KF＋5NaF＋Nb。 (5)由图可知，As的配位数为6；由均摊法可知，一个晶胞中含有4个TaAs，晶胞质量为，体积为a2b×10－21 cm3，密度为ρ＝ g·cm－3。 5．(15分)[2024·内蒙古包头一模]重铬酸钠(Na2Cr2O7)是一种用途极广的氧化剂，工业上可以用铬铁矿[主要成分为Fe(CrO2)2，还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质]制备，同时还可回收Cr。其主要工艺流程如图所示： 已知：Ksp[Al(OH)3]＝1×10－34，Ksp[Cr(OH)3]＝6×10－31 回答下列问题： (1)若在实验室将铬铁矿和纯碱的混合物煅烧，该过程一定不需要的仪器是________(填标号)。 A．石英坩埚　　B．铁坩埚　　C．三脚架 D．泥三角　　　E．蒸发皿 (2)“煅烧”的目的是将Fe(CrO2)2转化为Na2CrO4，写出生成Na2CrO4的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)为提高铬的“浸出”率，可采取的措施为____________________________；浸出液中溶质除Na2CO3、Na2CrO4外，还含有______________(填化学式)。 (4)已知部分物质在水中的溶解度曲线如图1所示，若固体E的主要成分是Na2SO4，则“操作a”为________、________、洗涤、干燥。 (5)从溶液B中得到重铬酸钠晶体后，剩余的母液由于仍含有，故不能随意排放，可加入铝粉，将母液中的还原为Cr3＋，不同初始pH下c()随时间的变化如图2所示。 ①初始pH为2.0，用铝粉还原的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②初始pH为3.0，反应180 min后，溶液中浓度仍较高的可能原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③调节反应完后的溶液的pH值，使溶液中的金属阳离子生成沉淀，过滤除去后即可排放。若调节pH后的溶液中c(Al3+)＝1×10－13 mol·L－1，则残留的c(Cr3＋)＝________ mol·L－1。 答案：(1)AE (2)4Fe(CrO2)2＋7O2＋8Na2CO38CO2＋8Na2CrO4＋2Fe2O3 (3)粉碎、搅拌、适当加热、多次浸取　 Na[Al(OH)4]、Na2SiO3 (4)50 ℃以上加热浓缩　趁热过滤 (5)①2Al+＋14H＋===2Cr3＋＋2Al3＋＋7H2O　②pH较高(或氢离子浓度较低)时，的氧化性较弱，不利于反应进行　 ③6×10-10 解析：铬铁矿、空气、纯碱高温煅烧，铬铁矿与氧气、碳酸钠反应生成Na2CrO4、二氧化碳、氧化铁，氧化铝与碳酸钠煅烧生成四羟基合铝酸钠、二氧化碳，二氧化硅与碳酸钠煅烧生成硅酸钠、二氧化碳；水浸，氧化铁不溶于水，滤渣为氧化铁，滤液中存在Na2CrO4、四羟基合铝酸钠、硅酸钠、NaOH；调节pH生成氢氧化铝、硅酸沉淀，滤液为Na2CrO4；Na2CrO4与硫化钠反应生成硫代硫酸钠和氢氧化铬；氢氧化铬煅烧生成氧化铬，经铝热反应生成Cr；硫酸酸化后，加热蒸发溶剂，趁热过滤即可除去Na2SO4，再冷却结晶，过滤即可得纯净的Na2Cr2O7晶体。 (1)灼烧固体，应在坩埚中进行，因二氧化硅能与碳酸钠反应，则用铁坩埚，实验还用到三脚架、泥三角、酒精灯，不需要石英坩埚、蒸发皿。 (2)煅烧时，Fe(CrO2)2和碳酸钠、氧气反应生成Na2CrO4、Fe2O3、CO2，化学方程式为4Fe(CrO2)2＋7O2＋8Na2CO38CO2＋8Na2CrO4＋2Fe2O3。 (3)提高铬的“浸出”率，可采取的措施为粉碎、搅拌、适当加热、多次浸取；根据调节pH后产生滤渣Al(OH)3和H2SiO3，可知“浸出过滤”后的浸出液中除了含有Na2CO3、Na2CrO4外，还含有Na2SiO3、Na[Al(OH)4]。 (4)根据溶解度曲线的变化可知，Na2Cr2O7的溶解度随温度的升高而增大，在50 ℃以上Na2SO4的溶解度随温度的升高而降低，“操作a”后得到的溶液B中含Na2Cr2O7，说明固体E为Na2SO4，用趁热过滤除去Na2SO4，则“操作a”为50 ℃以上加热浓缩、趁热过滤。 (5)①初始pH为2.0，用铝粉还原生成Cr3＋，离子方程式为2Al+＋14H＋===2Cr3＋＋2Al3＋＋7H2O。②由方程式2Al+＋14H＋===2Cr3＋＋2Al3＋＋7H2O可知，反应发生需要大量氢离子，pH较高，氢离子浓度低，故不利于反应进行，H＋浓度较低时，此时的氧化性较弱。 ③已知：Ksp[Al(OH)3]＝1×10－34，Ksp[Cr(OH)3]＝6×10－31，c(Al3＋)＝1×10－13 mol·L－1，根据＝＝＝， 可得c(Cr3＋)＝×1×10-13 mol·L-1＝6×10－10 mol·L－1。 6．(14分)[2024·安徽安庆模拟预测]铋(Bi)及其化合物在电子材料等领域有着广泛作用。以某铋矿(主要成分为BixOy、MnSO4，主要杂质Fe2O3和SiO2)制取BixOy并回收锰的工艺流程如下： 按要求回答下列问题。 (1)元素Bi较同主族N的周期数大4，写出基态Bi原子的价层电子排布式：________________________________________________________________________。 (2)滤渣1的主要成分的晶体类型为________________________________________________________________________。 (3)“还原”步骤中Bi粉的作用为________________________________________________________________________。 (4)已知BiCl3在2.0<pH<11.0的环境中，易水解成BiOCl沉淀。写出该反应的化学方程式：____________________。 (5)已知：常温下，Ksp＝[Fe(OH)2]＝5×10－17；“沉铋”步骤得到BiOCl沉淀。此“沉铋”步骤控制溶液的pH范围为____________。 (6)BixOy(相对分子质量为Mr)的立方晶胞结构如图所示(棱长为a pm)。BixOy的化学式为________；晶胞密度为________ g·cm－3(用含a、Mr、NA的代数式表示；NA为阿伏加德罗常数的值)。 答案：(1)6s26p3 (2)共价晶体 (3)Fe3＋还原成Fe2＋ (4)BiCl3＋H2O===BiOCl↓＋2HCl (5)2.0<pH<6.5 (6)Bi2O3　×1030 解析：某铋矿先水浸提锰，MnSO4溶于水通过过滤分离；用浓盐酸处理浸出固体后过滤，二氧化硅不反应得到滤渣1为SiO2，铋、铁元素反应进入滤液，滤液中含有Fe3＋、Bi3＋；加入Bi粉处理滤液，Fe3＋被还原成Fe2＋，过滤后滤液中含有Fe2＋、Bi3＋；加入NaOH使得铋转化为沉淀过滤分离出来，沉淀加入氢氧化钠溶液脱氯处理得到Bi2O3。 (1)元素Bi较同主族N的周期数大4，则为第6周期ⅤA族，基态Bi原子的价层电子排布式为6s26p3。 (2)滤渣1为SiO2，是由共价键形成的共价晶体。 (3)加入Bi粉处理滤液，将Fe3＋被还原成Fe2＋。 (4)BiCl3在2.0<pH<11.0的环境中，易水解成BiOCl沉淀，根据质量守恒可知，还生成HCl，该反应的化学方程式：BiCl3＋H2O===BiOCl↓＋2HCl。 (5)亚铁离子浓度为0.05 mol·L－1，亚铁离子开始沉淀时，c(OH－)＝＝ mol·L－1＝1×10－7.5 mol·L－1，pOH＝7.5，pH＝6.5，结合BiCl3在2.0＜pH＜11.0的环境中易水解成BiOCl沉淀，故“沉铋”步骤控制溶液的pH范围为2.0＜pH＜6.5。 (6)根据“均摊法”，晶胞中含8×＋6×＝4个Bi、6个O，则晶体化学式为Bi2O3，密度为 g·cm－3＝×1030 g·cm－3。 7．(14分)[2024·安徽合肥三模]钪(Sc)是一种重要的稀土金属，具有密度低、延展性好、催化性能优异等显著特点，目前已被广泛应用于燃料电池、钪钠卤灯、示踪剂、催化剂等领域。工业上可从红泥(主要成分为Al2O3、Fe2O3、TiO2、Sc2O3、SiO2)中回收钪，同时生产聚合硫酸铁铝(PFAS)。工艺流程如图所示： 回答下列问题： (1)基态钪原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为____________，滤渣的成分是____________。 (2)已知钪离子可以在不同pH下生成[Sc(OH)n]3-n(n＝1～6)，在有机相中加入NaOH溶液进行反萃取后，主要生成n＝6的含钪产物，写出加入足量盐酸酸化步骤的离子方程式：________________________。 (3)根据下表所示该工艺条件下溶液中相关离子开始沉淀和完全沉淀的pH值，选择合理的试剂，设计完成流程图中的步骤Ⅰ和步骤Ⅱ(供选择的试剂：铁粉、铜粉、30%双氧水、浓硝酸、酸性高锰酸钾溶液)。 离子 Al3＋ Fe2+ Fe3+ TiO2+ 开始沉淀的pH 3.5 6.5 1.8 0.3 完全沉淀的pH 4.9 9.0 3.2 2.0 ①步骤Ⅰ：________________________________________________________________________； 步骤Ⅱ：________________________________________________________________________。 ②该工艺流程中设计步骤Ⅰ和步骤Ⅱ的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)为检验产品聚合硫酸铁铝中是否含有亚铁离子，实验小组选择铁氰化钾溶液进行检测。写出该检验方法对应的离子反应方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)钪晶体属六方晶系，晶体结构如图所示，晶胞参数为a pm、a pm、c pm，NA为阿伏加德罗常数的值。钪晶体的密度为________ g·cm－3。 答案：(1)2∶1(或1∶2)　SiO2 (2)[Sc(OH)6]3－＋6H＋===Sc3+＋6H2O (3)①步骤Ⅰ：加入铁粉还原Fe3+　步骤Ⅱ：加入30%双氧水，将Fe2+重新氧化为Fe3+　②防止在“水解”工序部分Fe3+同时沉淀，不利于元素Ti与Fe的分离 (4)K＋＋Fe2+＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓ (5) 解析：红泥加入硫酸进行浸取，得到浸取液进行萃取，所得萃取物加入氢氧化钠溶液进行反萃取，将所得溶液加入稀盐酸进行转化，进行一系列的处理后，得到氯化钪，再电解得到Sc；而萃取后的溶液加入铁粉还原将铁离子转化为亚铁离子，然后进行水解得到TiO(OH)2，再加入双氧水进行氧化，加入碳酸氢钠溶液进行聚合，得到聚合硫酸铁铝。 (1)基态钪原子的价电子排布式为3d14s2，两种自旋状态的电子数之比为2∶1(或1∶2)；SiO2不能溶于硫酸，红泥用硫酸浸取后，滤渣的成分是SiO2。 (2)在有机相中加入NaOH溶液进行反萃取后，主要生成n＝6的含钪产物，水相2中含钪离子为[Sc(OH)6]3－，加入足量盐酸酸化后，[Sc(OH)6]3－能转化为Sc3＋，反应的离子方程式为[Sc(OH)6]3－＋6H＋===Sc3＋＋6H2O。 (3)①步骤Ⅰ：加入铁粉还原Fe3＋；步骤Ⅱ：加入30%双氧水，将Fe2＋重新氧化为Fe3＋。②防止Fe3＋和TiO2＋在“水解”工序同时沉淀，不利于元素Fe与Ti的分离。 (4)用铁氰化钾溶液检验产品聚合硫酸铁铝中是否含有亚铁离子，若有蓝色沉淀产生，则证明含有Fe2＋，离子方程式为K++ Fe2＋+[Fe(CN)6] 3－===KFe[Fe(CN)6]↓。 (5)由于钪晶体属六方晶系，计算钪晶体的密度时，可以选取题图中六棱柱的1/3(如下图所示)进行计算：一个晶胞中所含有的钪原子数为4×＋4×＋1＝2，晶胞的体积V＝S×h＝a2c pm3，钪晶体的密度为ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3。 8．(15分)[2024·湖北荆州三模]锆被称为原子时代的头号金属。一种以氧氯化锆(主要含ZrOCl2，还含有少量Fe、Cr、Hf等元素)为原料生产金属锆的工艺流程如下： 已知： ①“酸溶”后溶液中各金属元素的存在形式为ZrO2＋、HfO2＋、Fe3＋、Cr3＋。 ②25 ℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5。 物质 ZrCl4 FeCl3 CrCl3 FeCl2 CrCl2 沸点/℃ 331 315 1 300 700 1 150 回答下列问题： (1)“萃取”时，锆元素可与萃取剂形成多种络合物，写出生成Zr(NO3)2Cl2·2TBP的离子方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)“沉淀”后，“废液”中＝1.8，则“废液”中c(Fe3+)＝________ mol·L－1。 (3)“沸腾氯化”时，ZrO2转化为ZrCl4，同时生成一种还原性气体，该反应的化学方程式为____________________。 (4)①“还原”的主要目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②FeCl3沸点远低于CrCl3的可能原因为____________________________。 (5)某种掺杂CaO的ZrO2晶胞如图所示，Ca位于晶胞的面心。 ①晶体中每个O周围与其最近的O个数为________。 ②已知该晶胞为立方晶胞，晶胞中O与Zr的最小间距为a nm，设NA为阿伏加德罗常数的值，该晶体的密度为____________ g·cm－3(列出计算式)。 答案：(1)ZrO2++2TBP+2＋2Cl－＋2H＋===Zr(NO3)2Cl2·2TBP＋H2O (2)4.0×10－23 (3)2C＋2Cl2＋ZrO2ZrCl4＋2CO (4)①把FeCl3还原为FeCl2，避免升华时ZrCl4含有FeCl3杂质 ②FeCl3是分子晶体， CrCl3是离子晶体 (5)①6　② 解析：氧氯化锆(主要含ZrOCl2，还含有少量Fe、Cr、Hf等元素)为原料生产金属锆，加入HCl、HNO3酸溶后溶液中各金属元素的存在形式为ZrO2＋、HfO2＋、Fe3＋、Cr3＋，加入萃取剂TBP萃取分液得到含Hf的溶液，通过反萃取得到TBP和水溶液，水溶液中加入氨水沉淀Zr离子、铁离子、铬离子，煅烧得到ZrO2、Fe2O3、Cr2O3，加入C、Cl2 “沸腾氯化”时，Fe2O3、Cr2O3转化为FeCl3、CrCl3、CrCl2、ZrCl4，ZrO2转化为ZrCl4同时生成一种还原性气体为CO，再加入氢气还原，把FeCl3还原为FeCl2，避免升华时ZrCl4含有FeCl3杂质，升华后ZrCl4加入Mg发生镁热反应，生成金属Zr，据此分析回答问题。 (1)生成Zr(NO3)2Cl2·2TBP的离子方程式为ZrO2++2TBP+2＋2Cl－＋2H＋===Zr(NO3)2Cl2·2TBP＋H2O。 (2)“沉淀”后，“废液”中＝1.8，Kb(NH3·H2O)＝＝1.8×10－5，c(OH－)＝10－5 mol·L－1，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，则“废液”中c(Fe3＋)＝＝ mol·L－1＝4.0×10－23 mol·L－1。 (3)“沸腾氯化”时，加入C、通入氯气，ZrO2转化ZrCl4同时生成一种还原性气体为CO，该反应的化学方程式为2C＋2Cl2＋ZrO2ZrCl4＋2CO。 (4)①“还原”的主要目的是把FeCl3还原为FeCl2，避免升华时ZrCl4含有FeCl3杂质。②FeCl3沸点远低于CrCl3的可能原因为FeCl3是分子晶体，CrCl3是离子晶体，离子键的强度高于范德华力。 (5)①晶胞结构分析可知，一个晶胞中，每个氧原子最近的氧原子两个，整个晶体中相邻三个晶胞中的氧原子与之最近，每个O周围与其最近的O个数为6。②已知该晶胞为立方晶胞，晶胞中含钙离子1个，锆离子3个，氧离子8个，晶胞中O与Zr的最小间距为a nm，晶胞棱长的一半设为x，得到＋＝a2，计算得到x＝ nm，则晶胞棱长＝ nm，设NA为阿伏加德罗常数的值，该晶体的密度＝ g·cm－3。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2．无机工业流程综合 (满分：116分) 1．(15分)[2024·湖南长沙一模]氮化镓(GaN)是具有优异光电性能的第三代半导体材料。利用炼锌矿渣[主要含铁酸锌ZnFe2O4、铁酸镓Ga2(Fe2O4)3、SiO2]制备GaN并回收金属元素的一种工艺流程如下图： 已知：Ga3＋、Fe3＋在该工艺条件下的反萃取率(进入水相中金属离子的百分数)与盐酸浓度的关系见下表。 盐酸浓度/mol·L－1 反萃取率/% Ga3＋ Fe3＋ 2 86.9 9.4 4 69.1 52.1 6 17.5 71.3 (1)下列镓原子或者离子电离一个电子所需能量最高的是________(填标号)。 (2)“酸浸”所得浸出液中Zn2＋、Ga3＋浓度分别为1 mol·L－1和0.003 mol·L－1。常温下，为尽可能多地提取Ga3＋同时确保不混入Zn(OH)2，“调pH”时须：4<pH<________(假设调pH时溶液体积不变)。已知常温下，Ksp[Zn(OH)2]＝10－16.6，Ksp[Ga(OH)3]＝10－35。(通常认为残留在溶液中的离子浓度小于10－5 mol·L－1即为沉淀完全) (3)“反萃取”时，所用盐酸的浓度c2＝________。 (4)由Ga制备Ga(CH3)3的部分工艺如下图： 已知：(i)Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)均为配体。 (ii)Ga(CH3)3沸点：55.7 ℃，Et2O沸点：34.6 ℃，NR3沸点：365.8 ℃。 ①比较分子中的C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3________(填“>”“＝”或“<”)Ga(CH3)3(Et2O)。 ②直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)GaN可采用MOCVD(金属有机物化学气相淀积)技术制得：以合成的Ga(CH3)3为原料，使其与NH3发生系列反应得到GaN和另一种产物，该过程的化学方程式为________________。 (6)GaN晶体的一种立方晶胞如图所示。 ①以晶胞边长为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中的原子位置，称作原子分数坐标。A原子坐标为(0，，)，则B原子坐标为________。 ②若NA为阿伏加德罗常数的值，GaN晶胞中Ga原子与Ga原子之间最短的核间距是a pm，则该GaN晶体的密度为________ g·cm－3(只列算式，不用计算结果)。 2．(15分)[2024·河北邯郸模拟预测]铬酸铅(PbCrO4)又称铬黄，是一种重要的黄色颜料，常用作橡胶、水彩、色纸的着色剂。以含铅废渣(主要成分是PbSO4和ZnO，还含Fe3O4，SiO2等)为原料制备铬酸铅的流程如下： 已知：①PbSO4不溶于硝酸。 ②常温下，几种难溶电解质的溶度积如下： 电解质 PbCO3 PbSO4 PbCrO4 Pb(OH)2 Fe(OH)3 Ksp 8×10－14 1.6×10－8 2.8×10－13 1.0×10－16 1.0×10－38 回答下列问题： (1)铅位于周期表第________周期________族，基态铅原子最高能级上电子云轮廓图为________形。 (2)“碱浸”中PbSO4转化反应的离子方程式为______________________________________。 (3)已知：“酸浸”中6.3 g HNO3作氧化剂时转移0.3 mol电子。气体R在空气中的颜色变化为____________________________________________。 (4)“酸浸”中铅元素浸出率与温度、硝酸浓度的关系如图所示。“酸浸”最佳条件为________________________________________________________________________。 (5)常温下，若测得“酸浸”后得到的溶液中c(Pb2+)＝0.01 mol·L－1，“除铁”中控制pH范围为____________，c(Fe3＋)≤1×10－5 mol·L－1，则表明Fe3+已完全沉淀。 (6)“沉铬”中生成PbCrO4反应的离子方程式为______________________________________。 3．(14分)[2024·海南一模]对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含Al2O3、MoO3、Co2O3。一种回收利用废催化剂的工艺流程如下图。 回答下列问题： (1)“焙烧”时，MoO3转化为Na2MoO4，Na2MoO4中Mo的化合价为________，写出该步骤相应的化学方程式：________________________________________________________________________。 (2)溶浸后的溶液中，铝元素以[Al(OH)4]－的形态存在。写出“沉铝”时使铝元素恰好沉淀完全的离子方程式：________________________________________________________________________。 (3)“沉钼”后，滤液X的溶质主要是________(填化学式)。 (4)H2MoO4在水中呈胶状，陈化是指将溶液静止存放一段时间，陈化的作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)已知Co2(CO)8中Co元素的化合价为0价。 ①在“反应”中的氧化剂和还原剂物质的量之比为________。 ②Y是一种可以循环利用的物质，Y是________(填化学式)。 4．(14分)[2024·黑龙江哈尔滨二模]钽(Ta)和铌(Nb)为高新技术产业的关键元素，其单质的性质相似。一种以花岗伟晶岩型铌钽矿(主要成分为SiO2、Nb2O5、Ta2O5和少量的FeO、CaO、MgO等)为原料制取钽和铌的流程如图一： “浸取”后的浸出液中含有H2TaF7、H2NbF7两种二元强酸。 已知：①MIBK为甲基异丁基酮。 ②Ksp(CaF2)＝2.5×10－11，Ksp(MgF2)＝6.4×10－9，Ksp(CaSO4)＝7.1×10－5。 (1)加快“浸取”速率可采取的措施是________________________________。 (2)“浸取”时得到的“浸渣”主要成分为____________(填化学式)，“浸取”时还会产生“废气”，“废气”中除了挥发出的HF还可能有____________(填化学式)。Ta2O5与氢氟酸反应的离子方程式为________________________________________________________________________。 (3)“萃取”时，若萃取剂MIBK的量一定，____________(填“一次萃取”或“少量多次萃取”)的萃取效率更高。 (4)用金属钠还原K2NbF7制取金属铌的化学方程式为________________________________。 (5)钽形成的晶体TaAs在室温下拥有超高的空穴迁移率和较低的电子迁移率。TaAs的晶胞结构如图二所示。请写出As的配位数：________。晶体的密度为____________________ g·cm－3(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。 5．(15分)[2024·内蒙古包头一模]重铬酸钠(Na2Cr2O7)是一种用途极广的氧化剂，工业上可以用铬铁矿[主要成分为Fe(CrO2)2，还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质]制备，同时还可回收Cr。其主要工艺流程如图所示： 已知：Ksp[Al(OH)3]＝1×10－34，Ksp[Cr(OH)3]＝6×10－31 回答下列问题： (1)若在实验室将铬铁矿和纯碱的混合物煅烧，该过程一定不需要的仪器是________(填标号)。 A．石英坩埚　　B．铁坩埚　　C．三脚架 D．泥三角　　　E．蒸发皿 (2)“煅烧”的目的是将Fe(CrO2)2转化为Na2CrO4，写出生成Na2CrO4的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)为提高铬的“浸出”率，可采取的措施为____________________________；浸出液中溶质除Na2CO3、Na2CrO4外，还含有______________(填化学式)。 (4)已知部分物质在水中的溶解度曲线如图1所示，若固体E的主要成分是Na2SO4，则“操作a”为________、________、洗涤、干燥。 (5)从溶液B中得到重铬酸钠晶体后，剩余的母液由于仍含有，故不能随意排放，可加入铝粉，将母液中的还原为Cr3＋，不同初始pH下c()随时间的变化如图2所示。 ①初始pH为2.0，用铝粉还原的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②初始pH为3.0，反应180 min后，溶液中浓度仍较高的可能原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③调节反应完后的溶液的pH值，使溶液中的金属阳离子生成沉淀，过滤除去后即可排放。若调节pH后的溶液中c(Al3+)＝1×10－13 mol·L－1，则残留的c(Cr3＋)＝________ mol·L－1。 6．(14分)[2024·安徽安庆模拟预测]铋(Bi)及其化合物在电子材料等领域有着广泛作用。以某铋矿(主要成分为BixOy、MnSO4，主要杂质Fe2O3和SiO2)制取BixOy并回收锰的工艺流程如下： 按要求回答下列问题。 (1)元素Bi较同主族N的周期数大4，写出基态Bi原子的价层电子排布式：________________________________________________________________________。 (2)滤渣1的主要成分的晶体类型为________________________________________________________________________。 (3)“还原”步骤中Bi粉的作用为________________________________________________________________________。 (4)已知BiCl3在2.0<pH<11.0的环境中，易水解成BiOCl沉淀。写出该反应的化学方程式：____________________。 (5)已知：常温下，Ksp＝[Fe(OH)2]＝5×10－17；“沉铋”步骤得到BiOCl沉淀。此“沉铋”步骤控制溶液的pH范围为____________。 (6)BixOy(相对分子质量为Mr)的立方晶胞结构如图所示(棱长为a pm)。BixOy的化学式为________；晶胞密度为________ g·cm－3(用含a、Mr、NA的代数式表示；NA为阿伏加德罗常数的值)。 7．(14分)[2024·安徽合肥三模]钪(Sc)是一种重要的稀土金属，具有密度低、延展性好、催化性能优异等显著特点，目前已被广泛应用于燃料电池、钪钠卤灯、示踪剂、催化剂等领域。工业上可从红泥(主要成分为Al2O3、Fe2O3、TiO2、Sc2O3、SiO2)中回收钪，同时生产聚合硫酸铁铝(PFAS)。工艺流程如图所示： 回答下列问题： (1)基态钪原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为____________，滤渣的成分是____________。 (2)已知钪离子可以在不同pH下生成[Sc(OH)n]3-n(n＝1～6)，在有机相中加入NaOH溶液进行反萃取后，主要生成n＝6的含钪产物，写出加入足量盐酸酸化步骤的离子方程式：________________________。 (3)根据下表所示该工艺条件下溶液中相关离子开始沉淀和完全沉淀的pH值，选择合理的试剂，设计完成流程图中的步骤Ⅰ和步骤Ⅱ(供选择的试剂：铁粉、铜粉、30%双氧水、浓硝酸、酸性高锰酸钾溶液)。 离子 Al3＋ Fe2+ Fe3+ TiO2+ 开始沉淀的pH 3.5 6.5 1.8 0.3 完全沉淀的pH 4.9 9.0 3.2 2.0 ①步骤Ⅰ：________________________________________________________________________； 步骤Ⅱ：________________________________________________________________________。 ②该工艺流程中设计步骤Ⅰ和步骤Ⅱ的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)为检验产品聚合硫酸铁铝中是否含有亚铁离子，实验小组选择铁氰化钾溶液进行检测。写出该检验方法对应的离子反应方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)钪晶体属六方晶系，晶体结构如图所示，晶胞参数为a pm、a pm、c pm，NA为阿伏加德罗常数的值。钪晶体的密度为________ g·cm－3。 8．(15分)[2024·湖北荆州三模]锆被称为原子时代的头号金属。一种以氧氯化锆(主要含ZrOCl2，还含有少量Fe、Cr、Hf等元素)为原料生产金属锆的工艺流程如下： 已知： ①“酸溶”后溶液中各金属元素的存在形式为ZrO2＋、HfO2＋、Fe3＋、Cr3＋。 ②25 ℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5。 物质 ZrCl4 FeCl3 CrCl3 FeCl2 CrCl2 沸点/℃ 331 315 1 300 700 1 150 回答下列问题： (1)“萃取”时，锆元素可与萃取剂形成多种络合物，写出生成Zr(NO3)2Cl2·2TBP的离子方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)“沉淀”后，“废液”中＝1.8，则“废液”中c(Fe3+)＝________ mol·L－1。 (3)“沸腾氯化”时，ZrO2转化为ZrCl4，同时生成一种还原性气体，该反应的化学方程式为____________________。 (4)①“还原”的主要目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②FeCl3沸点远低于CrCl3的可能原因为____________________________。 (5)某种掺杂CaO的ZrO2晶胞如图所示，Ca位于晶胞的面心。 ①晶体中每个O周围与其最近的O个数为________。 ②已知该晶胞为立方晶胞，晶胞中O与Zr的最小间距为a nm，设NA为阿伏加德罗常数的值，该晶体的密度为____________ g·cm－3(列出计算式)。 学科网（北京）股份有限公司 $$